827.роторные рабочие органы лесохозяйственных концепция конструирования монография

Министерство образования Российской Федерации
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
УДК 631.3.001
КОРШУН Виктор Николаевич
РОТОРНЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ
ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН:
КОНЦЕПЦИЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Красноярск 2002
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2
УДК 631.3.001
Коршун В.Н. Роторные рабочие органы лесохозяй-
ственных: Концепция конструирования. – Красноярск: Сиб-
ГТУ, 2002. – 228 с
В монографии приводится анализ конструкций и параметров
роторных рабочих органов лесохозяйственных и полевых машин, на
основании которого, с использованием системного подхода, разрабо-
тана концепция конструирования. Приводятся результаты функцио-
нального анализа, дается классификация рабочих органов по техноло-
гическому способу взаимодействия с предметом труда. Получен алго-
ритм поиска конструктивных решений. Предложены основные прин-
ципы конструирования.
Рекомендуется конструкторам лесных и сельскохозяйствен-
ных машин.
Табл. 43. Ил. 66. Прил. 9. Библиограф. 140 назв.
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. Н.М. Антонов
(Красноярский аграрный университет);
Korshun V.N. Rotary powers of forestry and machines:
The concept of designing. - Krasnoyarsk: SibSTU, 2002. - 228 p.
In the monograph the analysis of designs and parameters rotary
power of forestry and logging machines is resulted, on the basis of which
with use of system methods the concept of designing is developed. The re-
sults of the functional analysis are resulted, on the basis of which the classi-
fication of by a technological way of interaction with a subject of work is
offered. The algorithm of search of the constructive decisions is received.
The basic principles of designing rotary power of forestry machines are
given.
It is recommended to the designers and constructers of forestry,
logging, farm and agricultural machines
Tables. 43. Illustrations 66. Applications 9. Bibliography 140.
Referees: Prof. A.M. Antonov (Krasnoyarsk Agricultural
University);
© В.Н. Коршун, 2002
© Сибирский государственный
технологический университет, 2002

3
Содержание
Введение .................................................................................................................. 5
1 Анализ конструктивных особенностей и свойств роторных рабочих
органов .................................................................................................................. 10
1.1 Анализ конструкций рабочих органов машин для обработки почвы.........................10
1.1.1 Рабочие органы машин для сплошной обработки почвы ......................................10
1.1.2 Рабочие органы машин для междурядной обработки почвы ...............................27
1.2 Анализ конструкций рабочих органов машин ..............................................................34
для ухода за лесом...............................................................................................................34
1.3 Анализ конструкций рабочих органов для измельчения стебельчато - волокнистых
материалов и древесины.........................................................................................................43
1.3.1 Анализ конструкций рабочих органов барабанного типа......................................44
1.3.2 Анализ конструкций рабочих органов роторного типа..........................................46
1.3.3 Анализ конструкций рабочих органов для измельчения .......................................51
1.3.4 Анализ конструкций рабочих органов для..............................................................53
1.4 Анализ конструкций роторных рабочих органов ударно-измельчающего действия
...................................................................................................................................................56
1.4.1 Анализ конструкций рабочих органов измельчающих приставок.......................57
1.4.2 Анализ конструкций рабочих органов молотковых дробилок..............................59
1.4.3 Анализ конструктивных особенностей рабочих органов газонокосилок...........69
1.5 Обзор конструктивных особенностей роторных рабочих органов, разработанных
кафедрой ПЛО СибГТУ..........................................................................................................74
2 Параметрический анализ роторных рабочих органов
лесохозяйственных машин................................................................................ 85
2.1 Параметры проектирования .............................................................................................86
2.2 Анализ параметров рабочих органов режущего типа ...................................................88
2.2.1 Обоснование силы резания почвы ножами .............................................................89
2.2.2 Обоснование мощности............................................................................................90
2.3 Расчет вертикальной фрезы..............................................................................................93
2.3.1 Обоснование ширины захвата рабочего органа......................................................94
2.3.2 Обоснование конструктивных параметров..............................................................94
2.3.3 Конструирование и расчет ........................................................................................95
2.4 Анализ параметров режущих рабочих органов барабанного типа ............................99
2.5 Обоснование параметров дисковых измельчающих рабочих органов.....................101
2.6 Обоснование параметров рабочих органов измельчителей ударного действия.....102
3 Разработка концепции конструирования роторных рабочих органов
............................................................................................................................... 109
3.1 Общие основы разработки концепции конструирования роторных рабочих органов
лесохозяйственных машин...................................................................................................109
3.1.1 Учет требований лесного хозяйства при конструировании машин
.............................................................................................................................................110
3.2 Основные принципы разработки концепции ...............................................................111
конструирования роторных рабочих органов ..................................................................111
3.3 Постановка задачи...........................................................................................................121
3.4 Функциональный анализ ................................................................................................125

4
3.4.1 Общая классификация лесохозяйственных машин по функциям, выполняемым
рабочими органами ...........................................................................................................125
3.4.2 Морфологический анализ функций, выполняемых роторными рабочими
органами.............................................................................................................................128
3.4.3 Результаты функционального анализа...................................................................135
4 Разработка топологии конструирования роторных рабочих органов
лесохозяйственных машин.............................................................................. 142
4.1 Классификация роторных рабочих органов по технологическому способу...........142
4.2 Составление графа конструктивных решений .............................................................152
4.3 Разработка алгоритма поиска конструктивных решений ...........................................168
5 Основные принципы конструирования лесохозяйственных машин на
современном этапе ............................................................................................ 172
5.1 Конструирование с позиций системности машин .......................................................173
5.2 Принцип стандартизации ...............................................................................................175
5.3 Конструирование с позиций технологии изготовления ..............................................177
5.4 Облегчение конструкций и снижение расхода материалов........................................179
5.4.1 Выбор рационального физико-технического принципа работы .......................180
5.4.2 Обеспечение минимальных габаритов...................................................................181
5.4.3 Выбор статических несущих конструкций............................................................181
5.4.4 Совмещение функций элементов конструкции ....................................................184
5.5 Выбор оптимальных форм поперечных сечений на основе найденных напряжений
.................................................................................................................................................188
5.6 Выбор материалов...........................................................................................................192
5.6.1 Несущие конструкции .............................................................................................194
5.6.2 Кожухи ......................................................................................................................197
5.6.3 Валы...........................................................................................................................199
5.6.4 Измельчающие элементы ........................................................................................200
5.6.5 Подшипники .............................................................................................................202
5.6.6. Виброизоляторы......................................................................................................205
5.7 Повышение износостойкости.........................................................................................206
5.8 Защита от коррозии.........................................................................................................209
Библиографический указатель........................................................................... 212
ПРИЛОЖЕНИЕ А ............................................................................................... 219
ПРИЛОЖЕНИЕ Б................................................................................................ 221
ПРИЛОЖЕНИЕ В ............................................................................................... 222
ПРИЛОЖЕНИЕ Г................................................................................................ 222
ПРИЛОЖЕНИЕ Д ............................................................................................... 223
ПРИЛОЖЕНИЕ Е................................................................................................ 223
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж .............................................................................................. 223
ПРИЛОЖЕНИЕ З................................................................................................ 224
ПРИЛОЖЕНИЕ И ............................................................................................... 224
ПРИЛОЖЕНИЕ К ............................................................................................... 226

5
Введение
Роторные рабочие органы лесохозяйственных и полевых машин из-
меняют физико-механические и технологические свойства предмета труда и
по общей классификации относятся к рабочим органам технологических ма-
шин. Основы теории, расчета, проектирования, классификации роторных ра-
бочих органов, их преимущества перед пассивными рабочими органами были
заложены В.П. Горячкиным. В настоящее время данные устройства широко
применяются в сельскохозяйственных машинах для растениеводства, кормо-
производства, чаеводства, животноводства, в машинах и оборудовании для
озеленения населенных мест, в строительстве, в лесных, мелиоративных и
коммунальных машинах, в машинах для пищевых производств и т.п.
Требования, предъявляемые к проектным параметрам роторов, обу-
славливаются агротехническими, лесоводственными, зоотехническими и
другими требованиями, предъявляемыми к самому предмету труда, которые
довольно жестко регламентируются стандартами. Процесс взаимодействия
рабочих органов с предметом труда характеризуется большими затратами
энергии. Так, в технологическом процессе возделывания большинства сель-
скохозяйственных культур, по энергетическим затратам, вспашка является
наиболее энергоемкой операцией [1, c. 71]. По некоторым данным, на из-
мельчение одной тонны стеблесоломистых кормов расходуется 1 – 7 кВт⋅ч, а
зернофуража – 2 – 17 кВт⋅ч электроэнергии, что составляет около 30% от
общих затрат энергии на заготовку и приготовление кормов.
Главным отличительным признаком всех роторных рабочих органов
является их активное вращение при взаимодействии с предметом труда. Ро-
торные рабочие органы изменяют свойства предмета труда и разделяют его
на части методами резания, дробления, рубки, истирания, крошения и т.п.
Способ технологического воздействия на предмет труда зависит от сочетания
в нем упругих, вязких и пластических свойств. Под воздействием рабочего
органа материал деформируется и разделяется на части, т.е. измельчается.
Для измельчения материалов с повышенной жесткостью применяют дробле-
ние, а для легкодеформируемых материалов, как правило, используют реза-
ние [2].
Выбранный способ технологического воздействия на предмет труда
обуславливает конструктивные особенности рабочих органов, его параметры
и режимы функционирования. Основными задачами проектирования ротор-
ных рабочих органов является не столько оптимизация их конструктивных
параметров, сколько обеспечение минимальной энергоемкости измельчения
при ограничениях на качество измельченного материала.
Анализ литературных источников показывает, что рабочие органы с
измельчающими элементами режущего типа имеют относительно низкую
энергоемкость при удовлетворительном качестве измельчения [3,4,5,6]. Од-
нако надежность таких рабочих органов при их использовании в лесохозяй-

6
ственных машинах для измельчения материалов, изобилующих древовидны-
ми включениями, существенно снижается, а затраты на техническое обслу-
живание и ремонт – увеличиваются. Аналогичные рабочие органы нашли
широкое распространение в мобильных машинах для обработки почвы, пней
и кустарников. Скорости взаимодействия таких рабочих органов с предметом
труда не велики и не превышают 10 м/с. Анализ их конструкций приведен в
разделе 1.1. Рабочие органы, анализ которых приводится в данном разделе,
взаимодействуют с предметом труда, который, обычно неподвижен, а подача
осуществляется перемещением самого рабочего органа.
Рабочие органы машин для ухода за лесом, анализ конструкций кото-
рых приведен в разделе 1.2, взаимодействуют с почвой, изобилующей древо-
видными включениями, порубочными остатками и покрытые подстилкой и
дерниной.
В разделе 1.3 дается анализ конструкций рабочих органов режуще-
раскалывающего-рубящего типа, применяемых в машинах для измельчения
стебельчато-волокнистых материалов и древесины. Такие рабочие органы
имеют барабан или диск с режущими ножами и противорежущими элемен-
тами. Измельчение подаваемого в измельчитель предмета труда осуществля-
ется резанием пуансоном. Рабочие органы такого типа широко используются
в машинах для измельчения кормов. В лесном хозяйстве они применяются
для измельчения древесной зелени, лесосечных отходов, кустарника и древе-
сины. Данные рабочие органы измельчают предмет труда со скоростью от 10
до 40 м/с и с высоким коэффициентом однородности, однако, предъявляют
повышенные технические требования к остроте лезвий ножей.
В разделе 1.4 содержится анализ конструктивных особенностей ро-
торных рабочих органов с шарнирно закрепленными измельчающими эле-
ментами. Скорости взаимодействия рабочих органов с предметом труда у та-
ких измельчителей – максимальны, а процесс измельчения приобретает
ударный характер. Подобные рабочие органы просты по конструкции и име-
ют высокую надежность. Широко применяются в машинах для кошения
кормов, в которых не исключено взаимодействие рабочих органов с почвой,
в лесохозяйственных мульчирователях, газонокосилках, в машинах для
стрижки кустарников, в молотковых дробилках и т.д. Качество процесса из-
мельчения характеризуется высокой энергоемкостью и низким коэффициен-
том однородности. Взаимодействие рабочих органов с предметом труда осу-
ществляется за счет инерционного или пневматического подпора. Часто та-
кие рабочие органы выполняют транспортирующие функции.
В разделе 1.5 приводится анализ конструктивных особенностей ро-
торных рабочих органов, разработанных на кафедре ПЛО СибГТУ и приме-
няемых для кошения древесно-кустарниковой растительности, измельчения
опавших листьев и почв с древовидными включениями.
Во второй главе приведен параметрический анализ роторных рабо-
чих органов. Дается обзор научных работ по обоснованию главного и основ-

7
ных проектных параметров.
В третьей главе разрабатывается концепция конструирования ротор-
ных рабочих органов на основе системного конструирования с учетом осо-
бенностей их функционирования, дается классификация рабочих органов на
основе функционального анализа. Приведены примеры.
В четвертой главе разрабатывается топология конструирования ро-
торных рабочих органов лесохозяйственных машин, дается классификация
технологических способов взаимодействия с предметом труда, составлен
граф конструктивных решений, приводятся результаты конструктивного ана-
лиза, дается алгоритм поиска конструктивных решений.
В пятой главе приводятся основные принципы конструирования ро-
торных рабочих органов, несущих конструкций, опор, валов, измельчающих
элементов на основе уменьшения стоимости изготовления, снижения мате-
риалоемкости, использования современных материалов. В приложениях при-
водится справочная информация.
Рисунки в книге выполнены в графических редакторах КОМПАС-
ГРАФИК – 5.11 (АСКОН, лицензия № К-01-00725, СибГТУ) и AutoCAD
(Autodesk, Inc., s/n 112- 656770091), на заимствованные рисунки сделана
ссылка в подрисуночной надписи.
Краткий терминологический словарь, принятый в книге
Рабочий орган – элемент (часть) технической системы (машины), не-
посредственно взаимодействующий с предметом труда и изменяющий его
физико-механические, технологические и потребительские свойства.
Роторный рабочий орган (РО) – элемент (часть) машины, который
установлен в опорах и при взаимодействии с предметом труда активно вра-
щается. Энергия от источника в виде крутящего (вращающего) момента и
угловой скорости к рабочему органу поступает через привод. Ротационные
рабочие органы вращаются в результате взаимодействия (реакции) с предме-
том труда.
Ротор (rotor) - (в механике машин) тело, которое при вращении
удерживается своими несущими поверхностями в опорах. Несущие поверх-
ности – поверхности цапф, а в качестве опор используются подшипники.
Опора (support) – устройство, соединяющее ротор с несущим осно-
ванием (рама или кожух, корпус) и налагающее ограничение на его переме-
щение.
Привод (drive) – система взаимосвязанных устройств, предназначен-
ная для приведения ротора во вращательное движение. Привод подключен к
источнику энергии. Часто под приводом понимается только система переда-
чи движения.
Рама (frame) – несущая основа машины, состоящая из геометрически
неизменяемой стержневой системы, стержни которой во всех или некоторых

8
узлах неподвижно соединены между собой. Воспринимает основные нагруз-
ки от рабочего органа, обрабатывающей поверхности, предмета труда, обес-
печивает необходимую прочность, жесткость и устойчивость.
Кожух (shell) – наружная оболочка рабочего органа, предназначенная
для защиты человека от измельчаемых частиц, для изоляции рабочей камеры,
часто выполняет несущие функции. Создает пространство, в котором дви-
жется рабочий орган. Внутренняя часть образует рабочую поверхность, ко-
торая участвует в рабочем процессе.
Свойство (property) – черта, исключительно характеризующая дан-
ный объект проектирования и позволяющая точно определять объект при за-
данной степени детализации. При утрате свойства объект превращается в не-
что иное;
Особенность (peculiarity) – черта, характеризующая объект проекти-
рования с точки зрения его связи с другими объектами, способность воздей-
ствия на другой объект.
Элемент – часть технической системы, который может выступать са-
мостоятельно, сохраняя свои свойства. Антипод часть технической системы,
которая при рассмотрении ее самостоятельно, теряет свои свойства.
Концепция (conception) – проект, представляющий собой схему реше-
ния задачи создания (разработки) технического средства.
Концептуальное исследование (creation of conception) – разработка
группы возможных концепций, которые могут служить основой для реше-
ния технической задачи в процессе проектирования. В результате данной
процедуры создается упорядоченное множество концепций, что ведет к сни-
жению риска случайного выбора концепции конкретного изделия.
Критерий (criterion) – основа оценки, позволяющая избежать субъек-
тивных суждений при выборе альтернативных вариантов. Служит основой
оптимизации.
Конструкция (construction, design) – конкретная техническая реализа-
ция ТС, определяющая ее состав, форму, материалы, взаимное расположение
и связь составных частей и элементов (структура), состояние изделия и ин-
формационную выразительность. Синоним – устройство.
Техническая система (ТС) – абстрактное отражение комплекса взаи-
мосвязанных технических средств, действующих как одно целое, обеспечи-
вающих преобразование вещества (массы), энергии и информации. Объект
проектирования. Количество связей в системе определяет ее сложность.
Элементы системы обладают одной связью.
Техническое средство - элемент технической системы, предназна-
ченный для преобразование вещества (массы), энергии и информации. Раз-
новидности: орудия, машины, инструменты, а также помещения;
Системный подход (systems approach) - метод анализа и синтеза тех-
нических систем с системных позиций.

9
Оптимизация – методологическая процедура в процессе проектиро-
вания и конструирования, направленная на решение технической задачи с
наилучшими результатами, в соответствии с принятыми критериями.
Машина (machine) – техническое средство, выполняющее, как прави-
ло, механические движения, и служащее для преобразования материалов,
энергии и информации с целью повышения их потребительских качеств, за-
мены или облегчения физического или умственного труда.
Проектирование (projecting, designing) – процесс составления описа-
ния, необходимого для создания в заданных условиях несуществующего объ-
екта, на основе первичного описания и (или) алгоритма его функционирова-
ния или алгоритма процесса, преобразованием (часто неоднократным) пер-
вичного описания путем оптимизации заданных характеристик и алгоритма
функционирования или алгоритма процесса, устранением некорректности
первичного описания и последующем представлением описаний в виде опи-
сания на языке проектирования. Результат проектирования – проект. Сино-
ним – конструирование.
Проект (design, project) – совокупность проектных документов со-
гласно установленной номенклатуры, в которых представлены результаты
проектирования.
Автоматизированное проектирование (computer aided design, CAD) –
проектирование, при котором преобразование описаний объекта и (или) ал-
горитма его функционирования или алгоритма процесса, а также представле-
ние описаний на различных языках, осуществляется при взаимодействии че-
ловека и ЭВМ, либо без участия человека (automatic design). Для реализации
используется система автоматизированного проектирования (САПР) –
комплекс технических (аппаратных) и программных средств, математическо-
го, методологического, организационного и трудового обеспечения процесса
автоматизированного проектирования.
Системное проектирование (integral design) – проектирование на ос-
нове системного подхода, части с точки зрения целого.
Конструкторская документация (design documentation) –графические
и текстовые документы (на бумажном, магнитном или другом носителе),
которые в отдельности или в совокупности определяют состав (структуру)
или устройство (конструкцию) изделия и содержат необходимую и достаточ-
ную информацию для его разработки (проектная), изготовления (конструк-
торская), контроля, приемки, эксплуатации, ремонта и утилизации, выполня-
ется на специальном языке описания.
Технология (technological, processing) – совокупность методов преоб-
разования предмета труда, как правило, материалов, с целью получения оп-
ределенных потребительских свойств.
Условные обозначения
П – проектирование, проект; К – конструирование, конструкция; КР –
конструктивное решение; ТР – техническое решение; ТС - техническая сис-

10
тема, техническое средство, технологический способ; РО – рабочий орган;
РОо – одинаковый (идентичный) рабочий орган; РОр – различные рабочие
органы; ИЭ – измельчающий элемент; Ф – функция; Т – топология; ПР –
принцип работы; ПД – принцип действия; ЕСКД – единая система конструк-
торской документации; И – информация; ИБ – информационный банк дан-
ных; БД – база данных; ПТ – предмет труда; ЛМ – лесохозяйственная маши-
на, лесная машина; Вх – вход, входная величина; Вых – выход, выходная ве-
личина; R – радиус ротора; D – диаметр ротора; L – длина ротора; V – объем
ротора; ω - угловая скорость, рад/с; n – частота вращения, мин-1
; Vм – посту-
пательная скорость машины; Vокр – окружная скорость; Р, Ррез – сила резания;
р – удельное сопротивление; N – мощность; А – работа; Z,z – количество эле-
ментов (измельчающих); Мкр – момент крутящий; Ми – момент изгибающий;
R – реакция; П, Q – производительность.
1 Анализ конструктивных особенностей
и свойств роторных рабочих органов
1.1 Анализ конструкций рабочих органов машин
для обработки почвы
Роторные рабочие органы получили широкое распространение в по-
левых сельскохозяйственных и лесохозяйственных машинах, применяемых
для обработки почвы. Такие машины часто называют фрезами [7,8,9,10]. В
сельскохозяйственной науке подобные рабочие органы относят к классу ро-
тационных. Анализ литературных источников показывает, что все фрезы
можно условно разделить на три основные группы: для сплошной обработки
почвы; междурядной обработки лесных культур; рытья канав, траншей, фре-
зерования пней и кустарников.
1.1.1 Рабочие органы машин для сплошной обработки почвы
Фрезы первой группы с успехом используются для обработки осваи-
ваемых болотных, садовых и лесных почв, в дорожном строительстве, а так-
же для основной и предпосевной обработки почвы. Технические характери-
стики фрез приведены в таблице 1.1.
Типичным представителем фрез данной группы является фреза бо-
лотная ФБН-2 (рисунок 1.1).
Фреза предназначена для обработки заболоченных лесных почв с
целью их мелиорации. Агрегатируется в основном с тракторами Т-130, Т-150.
В результате экспериментов (Ф.М.Канарев, 1983) было установлено, что
наилучшее качество обработки почв фрезой ФБН-2,0 обеспечивается при по-
даче на нож не более 0,06 м/с при скорости движения агрегата 3,78 км/ч и
частоте вращения ротора 290 мин-1
. Глубина обработки почвы - до 0,2 м.

11
3
2
4
1
5 6
7
8
Ñõåìà íàâåñíîé ôðåçû ÔÁÍ-2
2000
700
2650
1200
Ðèñóíîê 1.1 -

12
Анализ конструкций показывает, что все фрезы имеют ротор, кото-
рый чаще всего устанавливается горизонтально и поперек направления дви-
жения агрегата. Фрезерный барабан (ротор) с горизонтальной осью вращения
устанавливается чаще всего на двух подшипниковых опорах и приводится во
вращение от вала отбора мощности трактора карданным валом 1 (рисунок
1.1) через конический 2 и цилиндрические 4 редукторы, трансмиссионный
валик 7 или цепную передачу. На валу фрезы монтируются диски с ножами
5. Для регулирования глубины обработки почвы фреза снабжается опорными
колесами 8. Для обеспечения безопасной работы рабочий орган прикрывает-
ся решеткой 6. Фреза снабжается рамой 3 для навешивания на трактор.
Фрезы существенно расширяют возможности обработки почв, а в ря-
де случаев полностью заменяют почвообрабатывающие машины с пассив-
ными рабочими органами. Высокая маневренность фрезерных агрегатов оп-
ределяет их применение в условиях ограниченных участков, в садоводстве, в
питомниках, в фермерских хозяйствах, в закрытом грунте. Фрезы агрегати-
руются с энергонасыщенными тракторами. Встречаются самоходные фрезы с
собственными двигателями внутреннего сгорания или электродвигателями.
Процесс взаимодействия рабочих органов фрез с почвой осуществляется за
счет движения ножей по отношению почвы. Движение измельчающих эле-
ментов (ножей) складывается из поступательного движения фрезы вместе с
агрегатом V и вращательного движения ножей ротора вокруг его вращения
ω (рисунок 1.2, а). Кинематика движения ножей описывается сложными тра-
екториями. Заглубляясь в почву на глубину h, нож отделяет от массива почвы
стружку. (Подробно кинематика роторных рабочих органов рассмотрена в
нашей работе [132]). Параметры кинематики существенно влияют на качест-
во измельчения почвы. Общее устройство фрезы показано на рисунке 1.2,б.
Фрезы обычно выполняют по единой конструктивной схеме. Ротор 1 с ножа-
ми вращается в подшипниках рамы 9, навешиваемой на трактор. Рама фрезы
шарнирно соединяется с верхней регулируемой тягой 5 и нижними тягами
навески трактора. Положение рамы машины по высоте регулируется винто-
вым механизмом, связанным с опорным колесом 8. В транспортное положе-
ние фреза переводится гидроцилиндром навески трактора. Вращение на ро-
тор 1 передается от ВОМ трактора 7 посредством карданного вала 6 через
конический редуктор 4 и цепную передачу 3. В некоторых фрезах вместо
цепной передачи применяются цилиндрические редукторы и трансмиссион-
ные валы. Крепление дисков к валу ротора с горизонтальной осью вращения
у большинства фрез выполняется жестким (неподвижным). В рабочих орга-
нах, функционирующих в условиях, где могут встречаться трудноизмельчае-
мые включения (корневища, пни, древовидные остатки, камни) несущие дис-
ки 3 (рисунок 1.3)

13
Таблица 1.1 - Техническая характеристика фрезерных машин для сплошной обработки почвы [1,7,8,10]
Болотные
Навесные Прицепные
Болот-
но-
лесная
Полевые
Параметры
ФБН-0,9 ФБС-1,5
секци-
онная
ФБН-2 ФБ-3,5 МПГ-1,7 ФБ-1 ФБК-2 ФБН-1,5 АКР-
3,6
КФГ-3,6
глубоко-
рыхлитель
Полевая
облег-
ченная
Агрегатируемый
трактор
ДТ-75 ДТ-75,
ДТ-75М
ДТ-
75Б
ДТ-75М
Т-150 Т-150 ДТ-75,
ДТ-75Н
Т-150 ДТ-75,
ДТ-75Б
Т-150К Т-150К
Т-4А
Глубина обработки
почвы, см
18 – 20 12 – 20 20 15 – 20 40 20 21 20 12 8-18
лапа
5 – 12
Ширина захвата, м 0,9 1,5 – 1,6 2,0 2 – 3,5 1,7 1,0 2,0 1,5 3.6 3,6 1, 3 – 1,8
Диаметр роторно-
го барабана, мм
740 600 –
700
730 600 –
700
800 800 710 500 –
560
360 360 350 – 450
Число ножей на
несущем диске
8 – 4 8 – 4 8 – 4 4 8 – 4 8 – 4 8 - 4 5 – 3 3 3 4
Частота вращения
ротора, мин-1
310 300 200 –
290
200 –
290
220 227 234 293 240 240 220 – 250
Окружная ско-
рость по концам
ножей, м/с
11,5 6 – 8 7,2 6 – 8 8 – 13 14 8,3 7,25 17 17
4,4 – 4,5
Поступательная
скорость агрегата,
м/с
0,27 0,8 – 1,0 0,62 –
1,0
0,7 – 1,1 0,15 –
0,35
0,55 –
0,94
0,58 –
0,97
1,5 –
1,55
2,1 2,2 0,6 – 1,8
Производитель-
ность за час чис-
той работы, га
0,3 0,58 0,63 1,4 0,21 0,3 0,6 0,7 2,7 2,16 1,16
Мощность, кВт 38 60 75 112 112 75 112 60 112 112 18
Масса конструк-
тивная, кг
565 600 1320 1300 2000 1560 2000 800 1750 1800 300

14
устанавливаются на валу ротора 1 свободно и приводятся во вращение через
фрикционы 4, которые прижимаются к несущим дискам при помощи пружин
5. Такое крепление несущих дисков обеспечивает их предохранение от поло-
мок при встрече ножей 2 с трудноизмельчаемыми препятствиями. Фрикци-
онные шайбы 4 изготовляются из армированного асбеста или ферродо. У не-
которых фрез фрикционы 4 изготовляются из чугуна или стали.
6
7
89
1
2
3
4à)
á)
5
Sw
R
u
h
Îáùàÿ ñõåìà ôðåçû
Рисунок 1.2 – Схема общего устройства фрезерных
почвообрабатывающих машин
Имеются конструкции рабочих органов фрез с групповыми фрикци-
онными или зубчатыми предохранительными устройствами.
В зависимости от назначения фрезы, на барабане устанавливаются
несущие диски с закрепленными на них ножами различной формы. Геомет-
рические параметры рабочих органов, их ориентация относительно траекто-
рии движения и режимы функционирования определяют основные техноло-
гические и эксплуатационные показатели почвообрабатывающих машин.
Анализ конструкций рабочих органов фрезерных почвообрабаты-
вающих машин показывает, что обычно на фрезах применяются следующие
типы измельчающих элементов (ножей):

15
Прямые ножи (рисунок 1.4,а) обычно устанавливают на фрезах для
обработки лесных почв, изобилующих древовидными остатками, использу-
ются прямые ножи с прямолинейным или криволинейным лезвием (рисунок
1.4,б).
Ðîòîðíûé ðàáî÷èé îðãàí ïî÷âåííîé ôðåçû
1 - âàë; 2 - èçìåëü÷àþùèå ýëåìåíòû (íîæè);
3 - íåñóùèå äèñêè íîæåé; 4 - ôðèêöèîíû;
5 - ïðóæèííîå ïðåäîõðàíèòåëüíîå óñòðîéñòâî
5
34
2
1
Рисунок 1.3 – Схема ротора фрезы с горизонтальной осью вращения
Такие ножи оцениваются минимальной энергоемкостью измельчения
почвы и низкой забиваемостью растительными остатками. Размеры зоны де-
формации почвы прямыми ножами зависит от глубины обработки и угла ата-
ки лезвий к направлению движения агрегата. Толщина ножа чаще всего со-
ставляет 8 – 10 мм, а ширина – до 100 мм. Толщина и ширина ножа при рас-
четах определяется из условия обеспечения прочности. Угол заточки лезвий
принимается равным 30 – 35 0
для минеральных почв, и 20 – 25 0
– для почв с
растительными остатками и дерниной. Лезвие выполняется с одно- или двух-
сторонней заточкой. Односторонняя заточка ножей практикуется для фрез с
параллельным относительно направления движения агрегата расположением
несущих дисков. В случае расположения несущих дисков фрезы под углом к
направлению движения агрегата применяют одностороннюю заточку лезвий.
Длину заточки лезвия (длину рабочей части ножа), назначают исходя из глу-
бины обработки почвы и высоты микронеровностей на поверхности почвы.

16
По данным исследований (М.З. Циммерман, 1978) прямые ножи хо-
рошо крошат почву, разрезают дернину и растительные остатки, однако, не-
достаточно качественно перемешивают остатки с почвой. Такие ножи обес-
печивают меньшую энергоемкость измельчения почвы. При функционирова-
нии фрез с прямыми ножами 90 % энергии тратится на резание и 10 – 15 % -
на разрыв и скалывание. Лучшее качество измельчения на твердых мине-
ральных почвах обеспечивают прямые ножи. Ножи с закругленными режу-
щими лезвиями хорошо зарекомендовали себя на задернелых и торфяных
почвах. При установке ротора фрезы под небольшим углом атаки обеспечи-
вается лучший оборот отрезаемой почвенной стружки. Некоторые исследова-
тели (Е.П. Яцук , М.Н. Летошнев и др.) рекомендуют для быстроходных
фрез, имеющих скорости резания почвы ножами в пределах до 8 м/с, углы
атаки - 5 – 12 0
, для тихоходных, работающих со скоростями резания почвы
3,5 – 5 м/с, углы атаки назначать 10 – 15 0
.
Прямые ножи фрез обычно обрабатывают почву на глубину 14 – 16
см и располагаются на роторе с расстоянием 100 – 125 мм один от другого. С
увеличением расстояния установки ножей на роторе ухудшается качество
крошения почвы. С увеличением количества одновременно работающих но-
жей качество крошения повышается, но одновременно и увеличиваются
удельные энергозатраты.
Изогнутые ножи (рисунок 1.4, в,г) устанавливаются на роторе для
подрезания корневой системы, перемешивания почвы и заделки древесно-
растительных остатков. Получили наибольшее распространение в болотных,
полевых, лесных и садовых фрезах. Изогнутая часть лезвия способствует бо-
лее интенсивному крошению почвы. Длину изогнутой части рекомендуют
назначать 40 – 50 мм. Большую длину ножей задают для старопахотных
почв, меньшую – для плотных и лесных почв. При использовании изогнутых
ножей увеличивается зона обработки, но также увеличиваются энергозатра-
ты. Возрастает крутящий момент на валу ротора. Для более качественного
рыхления, перемешивания почвы и создания симметричной нагрузки изогну-
тые Г-образные ножи устанавливают поочередно правого и левого загиба.
Ножи с двухсторонним загибом в фрезерных машинах для обработки почвы
не встречаются. Конструктивные параметры изогнутых ножей назначают
аналогичными параметрам прямых ножей.
Форму и величину изгиба ножа назначают в зависимости от типа
почвы. Длина изогнутой части обычно составляет 40 – 80 мм. Большие зна-
чения определяют для старопахотных почв. Расстояние между ножами при
работе фрез на легких почвах задают в пределах 200 – 300 мм. На задерненых
почвах – 100 – 180 мм.
Большое влияние на сопротивление Г-образного ножа оказывает угол
заточки режущей грани и расположения фаски. Многочисленные исследова-
ния показали, что сопротивление резанию почвы снижается с уменьшением
угла заточки. Однако это ведет к уменьшению прочности ножа. Обычно угол

17
заточки принимают 25 – 35 0
. Рекомендуется комбинированная заточка, ко-
торая существенно снижает сопротивление почвы. Заточку стойки ножа вы-
полняют с внутренней стороны, а крыла – с наружной [21].
Ножи устанавливают на несущих дисках ротора относительно радиу-
са с таким расчетом, чтобы стойка ножа при входе в почву обеспечивала
плавное нарастание нагрузок, при этом устраняются ударные нагрузки.
Рыхлящее долото (рисунок 1.4,д) конструктивно имеет режущий эле-
мент шириной 18 – 55 мм, представляющий собой двухгранный клин. Рых-
лящее долото применяется в фрезах, предназначенных для основной и пред-
посевной обработки минеральных почв. Предпосевное рыхление почвы вы-
полняется полевыми крючками, устанавливаемыми на барабане фрезы. Рабо-
чая часть рыхлящего долота устанавливается под углом δ к траектории дви-
жения фрезы. Режущую часть рыхлящего долота затачивают аналогично за-
точке рыхлящих лап культиватора.
Фрезы, имеющие ротор с рыхлящими долотами, на засоренных поч-
вах забиваются растительными остатками. При жестком креплении рыхля-
щих долот к ротору в конструкциях фрез предусматривают предохранитель-
ные устройства.
Кроме вышеназванных измельчающих элементов рабочих органов
фрез, встречаются тарельчатые ножи (рисунок 1.4,ж), применяемые часто
для обработки торфяников с погребенной древесиной и кустарниковой рас-
тительностью. Тарельчатые ножи обладают повышенной энергоемкостью
измельчения почвы и быстро изнашиваются при их использовании на мине-
ральных почвах. Конструктивно эти ножи устанавливаются на специальных
державках, приваренных к корпусу ротора, и крепятся болтовым соединени-
ем. Ножи с круглой режущей кромкой имеют преимущества по сравнению с
ножами другой формы. Эти ножи обеспечивают свободное резание стружки
по заданному направлению без бокового подрезания. Между режущей кром-
кой круглого ножа , находящегося в зоне резания, и плоскостью, перпенди-
кулярной к направлению движения ножа, всегда есть угол, увеличивающийся
с удалением от центра к крайним точкам.
Благодаря такому конструктивному решению, происходит резание со
скольжением. Под действием срезаемой стружки такой нож самоочищается
от древесных волокон. В момент внедрения чашечного ножа в почву работа-
ет только часть режущей кромки, что создает значительные разрушающие
усилия. Такие свойства чашечных ножей хорошо себя проявили при обра-
ботке почв, изобилующих древововидными включениями, имеющими более
высокие прочностные показатели чем минеральная почва. Встречаются они,
главным образом, в лесных фрезах.
На фрезах с вертикальной осью вращения ротора наибольшее распро-
странение получили плоские и винтовые ножи. На одной фрезе обычно ус-
танавливается два или три плоских ножа. В лесохозяйственных почвообраба-
тывающих машинах такие рабочие органы не встречаются.

18
R
a
b
L
B
Ro
L
a
a
l
l
a
L
L
L
å)
L
B
b
à)
R
B
L
æ)
á) b
â)
ç)
a
ã)
BB R
Ro
b
B
Ro
2
ä)
b
B
Рисунок 1.4 – Конструктивные параметры ножей:
а – прямой скалывающий; б – прямой режущий; в – изогнутый односто-
ронний; г – изогнутый двухсторонний; д – рыхлящее долото; е – чашечный
нож; ж – тарельчатый нож; з – дисковый нож
Ножи фрез для обработки почвы изготовляются из стали 65Г или 70Г
(ГОСТ 14959-76) и подвергаются закаливанию. Лезвие термообрабатывают
до твердости HRC 43 – 53. В незакаленной зоне твердость составляет НВ 352.
Иногда лезвия наплавляют износостойкими материалами типа сормайт № 1 и
№ 2, в этом случае тело ножа нормализуют с твердостью не более НВ 269.
Конструктивные параметры ножей различных почвенных фрез приведены в
таблице 1.2 [1, 7, 8, 9, 10]. Обозначения параметров показаны на рисунке 1.4
(l - длина лезвия ножа, L - длина ножа, B - ширина ножа, b - толщина но-
жа. α – задний угол, δ- угол резания. β – угол заострения, 2γ - угол раство-
ра лезвия).
Анализ конструкций фрез показывает, что встречается жесткое, упру-
гое и шарнирное крепление измельчающих элементов к ротору. На рисунке
1.5 показаны способы крепления измельчающих элементов к ротору и пру-
жинные крючки (1.5,г). Пружинные полевые крючки и рыхлящие долота
применяются для глубокой обработки почв, изобилующих мелкими камени-
стыми включениями и корнями. При взаимодействии с почвой такие ножи
совершают колебательные движения. Крепление ножей имеет конструкцию,
которая позволяет быстро заменять неисправные ножи или при их ремонте.
Шарнирное крепление ножей к ротору получило распространение в измель-
чителях.

19
Таблица 1.2 - Конструктивные параметры рабочих органов
почвенных фрез
Тип рабо-
чего орга-
на
В,
мм
b,
мм
R,
мм
R0,
мм
l1,
мм
L,
мм
a,
мм
αααα,
град
ββββ,
град
δδδδ,
град
γγγγ,
град
Прямой
скалываю-
щий и ре-
жущий но-
жи
90 8 - 34
–
120
216 240 - 8 30 38 -
Изогнутый
одно- и
двухсто-
ронний
ножи
90
90
55
55
60
8
8
5
4
10
80
80
40
35
8
120
220
100
130
-
216
212
90
130
110
263
240
170
177
266
70
70
65
54
59
3
5
3
15
16
30
28
20
28
35
-
23
35
43
70
70
60
57
-
Рыхлящее
долото
50
55
55
50
35
45
55
18
86
86
86
85
150
150
150
110
160
160
160
175
205
205
205
195
115
115
115
85
15
15
15
20
20
20
20
20
35
35
35
40
60
60
60
45
Чашечный
нож
78 36 40
Тарельча-
тый нож
95 40 30
Дисковый
нож
250 14 380 32 30 49
(обозначение параметров рабочих органов показано на рисунке 1.4)
Для агрегатирования с тракторами класса тяги 3 выпускается болот-
ная навесная фреза ФБН-1,5, которая используется для обработки кочкова-
тых лугов и пастбищ. Аналогичные параметры имеет фреза ФБК-2, агрегати-
руемая с тракторами Т-150, Т-150К.
Большинство сельскохозяйственных фрез имеют по одному ротору.
Однако фреза ФП-4,2 имеет два ротора и применяется в агрегате с трактором
К-701 для рыхления сильнозадернелых почв, выродившихся сенокосов и па-
стбищ. Используется болотный вариант двухроторной фрезы для агрегатиро-
вания с тракторами Т-150, Т-150К и ДТ-75С.
Имеются разработки по созданию почвообрабатывающего агрегата
АПП-4,2 для улучшения лугов и пастбищ. Агрегат осуществляет фрезерова-
ние почвы полосами с одновременным высевом семян и прикатыванием по-
севов.
При выполнении мелиоративных работ почвообрабатывающие фрезы
часто снабжаются роторными перемешивателями с добавлением сухих ме-
лиорантов (ПР-1).

20
à)
ã)
á)
â)
Рисунок 1.5 – Способы крепления измельчающих элементов
к несущим дискам: а – жесткое (неподвижное); б- упругое; в – шарнир-
ное; г – полевые крючки
Садовые фрезы ФП-2 и ФПШ-200 используются для междурядной
обработки почвы в ягодниковых кустарниках, молодых и плодоносящих са-
дах. Для обработки садов под пологом деревьев применяют фрезу ФС-0,9,
которая позволяет приблизиться агрегату к дереву на расстояние до 2 м. Са-
довая фреза ФСН-0,9Г фронтальной навески с трактором Т—54В или «Уни-
версал –455-У» применяется для обработки почвы в приствольных кругах
деревьев. Фрезами ФН-110 и ФН-125 обрабатывают почву в междурядьях
чайных и цветочных плантаций и в других плодовых посадках с шириной
междурядий от 1,4 до 2,5 м. В защищенном грунте применяют самоходные
фрезы ФС-0,7А и мотыгу ЭМ-12А с электроприводом. В городских зеленых
насаждениях применяют малогабаритные фрезы МФ-20, а для обрезки бро-
вок газонов – СК-19 [21].
В городских зеленых хозяйствах фрезы используются на газонах с
уменьшенными оперативными площадями. Плотность почвы дорожек, тро-
пинок выше в 5 – 7 раз плотности остальной части газона. Рабочий орган
функционирует в условиях сильной засоренности почвы. Как правило, фре-
зы, работающие в городских зеленых хозяйствах, являются малогабаритны-
ми. У большинства малогабаритных почвенных фрез привод на опорные ко-
леса отсутствует. Машина перемещается тяговым усилием, создаваемым са-
мим рабочим органом, имеющим режущие ножи специальной формы. Мо-
тофреза МФ-20 предназначена для рыхления почвы приствольных лунок де-
ревьев или для обработки небольших площадей газонов. Рабочий орган ма-
шины – фрезерный барабан. Состоит из нескольких секций, установленных
на полый вал несущими дисками, к которым болтами крепятся ножи. При

21
вращении рабочий орган функционирует как движитель, толкающий машину
вперед [24].
Машина МТП – 1,2 используется для вскапывания и фрезерования
почвы в блочных грунтовых теплицах. Фрезерный барабан машины МТП-1,2
снабжается дробителями и устанавливается на раму при помощи торсионно-
го вала, который предохраняет рабочий орган от поломок при попадании
крупных предметов между ножами и дробителями.
Рабочий орган машины для обрезки кромок газонов СК-19 комплек-
туется плоскими и фигурными ножами. В рабочем положении нож устанав-
ливается относительно нулевой отметки опорной поверхности в пределах 40
– 45 мм. Высота установки ножа регулируется рычажно-винтовым механиз-
мом. Угол заточки лезвия ножа составляет 300
.
В городских зеленых хозяйствах используются фрезы с электропри-
водом. На рисунке 1.6 [23] показана схема самоходной электрофрезы. Рабо-
чими органами фрезы являются сменные роторы с заточенными изогнутыми
лезвиями или пружинными рыхлительными лапами
Рисунок 1.6 – Конструктивная схема самоходной
электрофрезы ФС-0,7А [23]:
1 – колеса; 2 – редуктор; 3 – предохранительная муфта; 4 – электродви-
гатель; 5 – муфта включения ротора; 6 – рукоятка управления; 7 – рычаг
включения ротора; 8 – кожух ротора; 9 – ротор с рабочими органами
. Электромотыга ЭМ-12А (рисунок 1.7) [23] предназначена для
сплошного и междурядного рыхления почвы и уничтожения сорняков в не-
посредственной близости от растений в теплицах и парниках. Рабочий орган
электромотыги представляет собой ножевой ротор, состоящий из двух несу-
щих дисков с четырьмя изогнутыми заточенными лезвиями. Вращаясь, он
уничтожает сорняки и рыхлит почву. Фреза снабжается специальной тележ-
кой, на которой смонтирована пускозащитная аппаратура и преобразователь
ИЭ-9403, снижающий напряжение сети с 220/380 до 32 В. Привод осуществ-
ляется электродвигателем АП-23А (V = 32 В, N = 0,27 кВт). У фрезы само-

22
ходной ФС-0,7 привод осуществляется от электродвигателя АОЛ2-32-4 (N =
3 кВт, V = 220/380 В). Используется кабель типа КРПТ 3х1,5 - 1х1. У мало-
габаритных фрез обычно ротор состоит из двух фрезерных барабанов.
У всех вышеназванных фрез ротор устанавливается горизонтально.
Технические характеристики садовых фрез приведены в таблице 1.3, а мало-
габаритных – в таблице 1.4
Рисунок 1.7 – Схема электромотыги ЭМ-12 [23]:
1 – мотыга; 2 – гибкий электрокабель; 3 – переносной элек-
трошкаф с понижающей аппаратурой
Рисунок 1.8 – Конструктивная схема полольника ПМА-2 [23]:
1 – фреза; 2 – клиноременная передача; 3 – бак топливный; 4-
рама разборная; 5 – колесо; 6 – двигатель; 7 - редуктор
Передвижной мотоагрегат ПМА-2 (рисунок 1,8) [23] является универ-
сальной машиной. Он может подготавливать посадочные места при озелене-
нии, осуществлять прополку и рыхление почвы, скашивать траву и поросль
диаметром до 15 мм, срезать кустарник и деревья диаметром до 15 мм. При-
вод рабочего органа осуществляется от двигателя «Дружба-4». В комплект

23
агрегата входят пять сменных рабочих органов: полольник; передвижной
бур; комбинированный рыхлитель; косилка; пильный аппарат. Сменный по-
лольник (рисунок 1,8) устанавливается впереди агрегата. Рабочий орган – ро-
тор с подрезающими ножами. Масса агрегата с полольником составляет 48
кг. Комбинированный рыхлитель ПМА-2 представляет собой ротационный
комбинированный рабочий орган, предназначенный для подготовки поса-
дочных мест в виде круглых площадок с разрыхленной почвой.
Фреза полевая универсальная ФПУ-1,5 (разработчик ГСКБ по куль-
тиваторам и сцепкам, г. Ростов-на-Дону) применяется в четырех вариантах:
фреза; культиватор-гребнеобразователь; ботводробитель; фреза в комплекте
с гребнеобразователем и ботводробителем. Фреза имеет небольшую массу, и
путем переналадки на одной раме можно скомплектовать три машины. Агре-
гатируется с тракторами КМЗ-20, Т-25, Т-30, Т-40.
Для работы в теплицах с высотой вертикальной части стенки не менее
2 м применяется фреза ФНТ-1,5 (изготовитель – АО «Гатчинасельмаш»). Об-
работку почвы на глубину до 18 см и выравнивание обработанной поверхно-
сти фартуком осуществляет фреза ФМН-0,9 (разработчик и изготовитель
«Киевтрактордеталь»). Агрегатируются с мини тракторами.
В лесном хозяйстве фрезы с роторными рабочими органами широко
используются для предпосевной обработки почвы в питомниках, содействия
лесовозобновлению.
Таблица 1.3 - Технические характеристики садовых и плантажных фрез
[20,23,24]
Параметры ФП - 2 ФПШ-
200
(НРБ)
ФС-
0,9
ФСН-0,9Г ФН-110 ФН-125
Ширина захвата, м 1,4; 1,7;
2,16
1,45; 1,78;
1,87; 2,20
0,9 0,9 1,15 1,35
Глубина обработки, м 0,06 –
0,13
0,06 –
0,15
До
0,10
0,05 – 0,11 0,12 0,12
Рабочая скорость, км/ч 1,5 – 5,6 3 – 6 2,8 1,7 – 4,7 4 4
Производительность за
час чистой работы, га
0,4 – 1,0 До 1,1 0,2 0,15 – 0,42 0,5 0,7
Габариты, м:
длина;
ширина;
высота
1,20
2,25
1,37
1,54
2,63
1,20
2,45
3,29
0,50
2,85
2,24 – 3,24
2,48
1,05
1,28
1,05
1,05
1,50
1,05
Масса конструктивная,
кг
550 660 405 350 265 300
Применяются они и на вырубках для посадки лесных культур. К ка-
честву обработки почвы фрезами предъявляются повышенные требования. В

24
Таблица 1.4 - Технические характеристики малогабаритных фрез
[11,23,26]
Параметры ФПУ-
1,5
ФНТ-
1,5
ФМН-0,9 21-М ГФО-
1,8
40-И
Ширина захвата, м 1,5 1,5 0,4; 0,6;
0,9
0,27;
0,37;
0,57;
0,70
1,8 До 0,85
Глубина обработки почвы,
см
До 20 До 20 До 18 До 8 До 10 До 8
Производительность в час
основного времени, га
0,68 0,45-0,6 0,27 0,1 –
0,25
До 0,54
Габариты, мм: длина;
ширина;
высота
1533
220
1085
1350
1600
980
910
940
670
2500
2210
1300
Масса конструктивная, кг 350 400 100 44 1100 125
Агрегатируемый трактор Т-25,
КМЗ-
20, Т-40
Т-25 Т-010, Т-
012
Мото-
блоки
МТЗ-80,
МТЗ-
100
Мини-
тракто-
ры
лесных питомниках перед посевом лесных семян предъявляются жесткие
требования к качеству рыхления почвы. Причем количество комочков диа-
метром более 25 мм не должно превышать 10 % от общей массы почвы в об-
работанном слое. Высокие требования предъявляются к выравниванию по-
верхности посевных гряд [21]. При обработке почвы под посадку лесных
культур на вырубках не рекомендуется оставлять дернину на поверхности. В
процессе рыхления почвы с одновременным измельчением древовидных
включений длина измельченных порубочных остатков не должна превышать
30 см (в количестве не менее 80 % к общей ее массе) [21]. Общее требование,
предъявляемое лесоводами к качеству обработки почвы, – обработанные по-
лосы должны быть пригодны для механизированной посадки лесных культур
без какой-либо дополнительной обработки. Лесные фрезы по своему устрой-
ству и техническим параметрам приближаются к машинам для расчистки
площадей (анализ конструкций последних дается в разделе 1.1.3). При работе
на вырубках с числом пней до 600 шт./га и при полосной расчистке фрезы
измельчают надземную части пней. В отдельных случаях пни измельчаются
вместе с верхними почвенными горизонтами. При числе пней на вырубке до
400 шт./га почва обрабатывается фрезами при их движении между пнями.
При обработке почвы непосредственно в зоне размещения растений оставля-
ется необработанная полоса шириной 50 см.
Основные технические характеристики лесных фрез приведены в таб-
лице 1.5.

25
Таблица 1.5 - Основные характеристики лесных фрез
Параметры ФЛШ-1,2 МФ-0,9 МЛФ-0,8 ФЛУ-0,8 ФПШ-1,3
Ширина захвата,
м
1.2 0,9 0,8 0,8 1,3
Глубина обработ-
ки почвы, см
16 25 20 12 - 16 10
Диаметр ротора,
мм
600 1000 800 640 400
Тип рабочего ор-
гана
Г-образные и
пластинчатые
ножи
Сферические
ножи –12 шт
Тарельча-
тые ножи –
40 шт
Г-образные
ножи – 56
шт
3 Г-
образных
ножа на
диске
Частота враще-
ния ротора, мин-1
220 270 270 240 240 - 3000
ность за час чис-
той работы, км
пог.
1,5 – 2,0 0,62 0,58 2,5 – 3,0 1,5 – 1,8
трактор
ЛХТ-55 ДТ-75Н ЛХТ-100 ЛХТ-55 Т-16М
Габариты, мм 1380х1440х16
40
3750х1780х13
35
3800х1750х
1360
Масса конструк-
тивная, кг
850 2500 2300 750 400
На рисунке 1.9 показана схема лесной фрезерной машины МЛФ-0,8
Рисунок 1.9 – Схема лесной фрезерной машины МЛФ-0,8 [21]:
1 – рама; 2 – редуктор конический; 3 – гидроцилиндры поджатия плиты; 4
– редуктор цилиндрический; 5 – гидроцилиндр подъема машины; 6 – ре-
шетка грабельная; 7 – колеса опорные пневматические; 8 – нож тарельча-
тый; 9 – барабан фрезерный; 10 – нож противорежущий; 11 – лыжа опор-
ные; 12 – плита отбойная

26
К машинам первой группы можно отнести роторные плуги, парамет-
ры которых даны в таблице 1.6.
В сельском хозяйстве применяются для обработки почвы роторные
плуги [8]. ВИСХОМом и заводом «Алтайсельмаш» разработан роторный
плуг ПР-2,7 (рисунок 1.10), агрегатируемый с трактором Т-150К. Имеет ши-
рину захвата 2,7 м и массу 1850 кг и предназначен в основном для обработки
почв рисового севооборота. Хорошо зарекомендовал себя этот плуг при об-
работке подтапливаемых рисовых полей при совмещении вспашки и культи-
вации с одновременным распределением в обрабатываемом слое удобрений и
растительных остатков. Глубина обработки плуга составляет 0,25 м с подачей
на нож до 0,2 м.
Ñõåìà ðîòîðíîãî ïëóãà ÏÐ-2,7:
1 - ðàìà ïëóãà; 2 - êîëåñî îïîðíîå; 3 - âàë òðàíñìèññèîííûé;
4 - âàë êàðäàííûé; 5 - ðåäóêòîð êîíè÷åñêèé öåíòðàëüíûé;
6 - áîêîâîé ðåäóêòîð îñíîâíîé; 7 - ðåäóêòîð äîïîëíèòåëüíûé;
8 - çàãëóáëÿþùèå ðàáî÷èå îðãàíû; 9 - íîæè ðîòîðà
1
2 3
9
4
5 8
6 7
Рисунок 1.10 – Схема плуга с горизонтальным ротором
Таблица 1.6 - Технические характеристики роторных плугов
[1,7,8,10,11,17,24]
Показатели ПРН-40 ПР-2,7 АКР-
3,6
ПШ-1 МФ-0,9 МПТ-1,2
для теплиц
Ширина захвата, м 0,4 2,7 3,6 3,87 0,9 1,5
почвы, см
30; 70 25 12 16 До 30
Рабочая скорость, м/с 1,4 1,9 2.1 0,48 – 0,54
Производительность
за час чистой работы,
га
1,9 2,4 1,0 км
пог.
750 м пог. 0,24 – 0,27
трактор
ДТ-75К
Т-150
Т-150К Т-150
ДТ-75
ЛХТ-55 ДТ-75 Т-54В
Расположение оси
вращения
Верти-
кальное
Горизон
тальное
Горизон
тальное
Горизон
тальное
Горизон-
тальное
Горизон-
тальное
Масса конструктив-
ная, кг
1850 1750 730

27
Плуг может применяться в тех местах, где не могут использоваться
лемешно-отвальные плуги из-за большого тягового сопротивления.
Плуг ПРН-40 является комбинированным. Имеет лемешно-отвальный
корпус и ротор. Ротор работает в сочетании с лемехом и укороченным отва-
лом. Подрезанный в горизонтальной плоскости лемехом и в вертикальной
плоскости укороченным пассивным отвалом пласт почвы поступает на ротор,
на котором дополнительно крошится лопатками и укладывается на дно бо-
розды. Применяется для подготовки почвы поперек склонов крутизной до 120
под защитные лесные насаждения. Одновременно со вспашкой производится
рыхление почвенного пласта. Ротор устанавливается вертикально и пред-
ставляет собой усеченный конус, на котором закреплены измельчающие ло-
патки.
Роторные плуги хорошо крошат почву, имеют широкий диапазон ре-
гулировки по скорости резания и толщине стружки. Применяются в сель-
ском хозяйстве для обработки почвы под корнеклубнеплоды. На плотных
почвах при плохом заглублении роторных плугов в передней части рамы
плуга ставят мощные заглубляющие культиваторные лапы. Роторные плуги
не применяются на почвах, засоренных камнями и в лесном хозяйстве.
1.1.2 Рабочие органы машин для междурядной обработки почвы
Почвообрабатывающие машины второй группы используют для ме-
ждурядной обработки лесных и сельскохозяйственных культур. Роторы в
таких машинах устанавливаются либо вертикально, либо горизонтально. В
качестве примера типового конструктивного исполнения роторов с верти-
кальной осью вращения можно привести ротационную борону ВРБ-3,6 (ри-
сунок 1.11) [17] и культиватор КФВ-3,6 (рисунок 1.12) [14]. В конструкциях
таких машин заложены особенности функционирования роторов с верти-
кальной осью вращения, которые позволяют применять их для обработки зо-
ны, максимально приближенной к растениям.
Типоразмеры роторных культиваторов очень многообразны. Техни-
ческая характеристика роторных машин для междурядной обработки почвы
приведена в таблице 1.7.
В машинах для междурядной обработки почвы роторы устанавлива-
ются секциями в соответствии со схемой посадок. Ширина захвата секций
обуславливается шириной междурядий. Анализ конструкций показывает, что
для междурядной обработки на машинах могут устанавливаться 1, 2, 4, 6 и 12
роторов (КФ-5,4) [17]. Для обработки почвы в теплицах и в зеленом строи-
тельстве используют однорядные самоходные фрезы. Для обработки при-
ствольных кругов деревьев используют фрезы с боковым выносом ротора.
Машины такого типа часто снабжаются механизмом автоматического отвода
рабочего органа от штампа дерева.
Роторы культиваторов приводятся во вращение от вала отбора мощ-

28
ности через карданный вал, редуктор, трансмиссионный вал и зубчатые или
цепные передачи.
Конструктивно встречается несколько схем приводов рабочих орга-
нов. По первой схеме, аналогично фрезерным машинам, вращение передает-
ся на общий для всех дисков вал. Отличительной особенностью культивато-
ров является то, что секции ротора могут перемещаться вдоль оси общего ва-
ла. Культиваторы, выполненные по данной схеме, применяются для обра-
ботки почвы в междурядьях низкостебельчатых культур, поскольку высота
растений должна быть меньше радиуса ротора.
Êèíåìàòè÷åñêàÿ ñõåìà áîðîíû ñ âåðòèêàëüíûìè ðîòîðàìè ÂÐÁ-3,6:
1 - âàë êàðäàííûé; 2 - ðåäóêòîð öåíòðàëüíûé; 3 - âàë òðàíñìèññèîííûé;
5 4
2 3
6 1
n = 540 ìèí-1
ÂÎÌ
4 - ìóôòà; 5 - ðåäóêòîðû äîïîëíèòåëüíûå; 6 - ðîòîðû
Рисунок 1.11 – Схема бороны с вертикальными роторами
Ñõåìà êóëüòèâàòîðà ñ âåðòèêàëüíûìè ðîòîðàìè ÊÔÂ - 3,6
ÂÎÌ
Рисунок 1.12 – Схема почвообрабатывающей машины
с вертикальными роторами
В таблице 1.8 приведена техническая характеристика лесных ротор-
ных культиваторов

29
Таблица 1.7 - Техническая характеристика роторных машин для междурядной обработки почвы
[1,7,8,10,11,17,24]
Параметры ФП-2 ФМ-2 ФСН-0,9 ФС-
0,6
ФС-0,9 ФСП-
1,2
ФПШ-
4,2
КРН-
1,4
КФ-2,7 ФПН-
2,8
Пропашная
12-рядная
ФС-
1
Класс агрегатируе-
мого трактора, кН
14 –
20
14 –
20
6 – 14 6 6 14 14 6 9 – 14 14 – 20 20 Двиг.
5 кВт
почвы, см
12 8 6 – 11 10 12 12 5 – 10 8 – 10 4 – 8 5 – 10 5 – 10 10 –
22
Ширина захвата, м 1,3 –
2
1,5 –
2
0,9 0,6 0,9 1,2 0,18 –
0,38
1,4 2,7 0,18 –
0,38
0,25 -0,3 0,5 –
0,7
Диаметр ротора, мм 450 225 370 600 450 450/470 350 480 300 350 350 420
196 400;
510;
605
403 70;
80;
100
220 180;
220
250 – 300 200 –
300
220 –
350
200 –
300
160 – 280 180 –
250
Окружная скорость
ротора, м/с
4 – 7 4 –7 4,5 – 6 4,5 –
6
4,5 – 6 4 – 7 2,5 – 4,0 4 – 6 4 –6 4 – 6 1.0 – 2,5 4,0
Поступательная ско-
рость агрегата, м/с
1,66 0,84 –
1,39
1,12 –
1,39
0,84 –
1,39
0,6 –
1,0
0,84 –
1,39
0,75 – 1,5 1,37 0,6 0,75 –
1,5
0,75 – 1,5 0,3 –
1,2
за час чистой рабо-
ты, га
0,78 –
1,1
0,45 –
1,0
0,36 –
0,45
0,18 –
0,3
0,19 –
0,32
0,36 –
0,6
1,3 0,53 0,5 0,75 1,95 0,3
Мощность, кВт 30 30 7,5 – 12 12 –
15
7,5 – 12 26 26 – 30 7,5 - 9 14
Масса конструктив-
ная, кг
500 450 410 300 400 330 600 400 452 563 1100 140
Примечания: 1 – для фрезы ФСП –1,2 в числителе указан диаметр ротора при горизонтальном его расположении, в знаменателе – при верти-
кальном; 2 – число ножей у всех машин 6, а у КРН-1,4 и ФС-1 – 4.

30
Для культиваторов, конструктивно выполненных по второй схеме,
характерно то, что роторы получают вращение посредством индивидуально-
го привода от общего трансмиссионного вала, соединенного через кониче-
ский редуктор и карданную передачу с ВОМом трактора. Общий вал часто
служит опорой для шарнирной подвески рамы ротора с кожухом и выполняет
функции несущей конструкции машины. Рабочие органы заглубляются под
действием веса всей секции. Шарнирное креплений секции к раме позволяет
рабочим органам лучше копировать микрорельеф обрабатываемой поверхно-
сти.
В лесных питомниках применяются культиваторы КФП-1,5, КФП-
1,5А, которые по своему устройству аналогичны устройству фрезерной ма-
шины ФПШ-1,3. Устройство культиватора КГФ-2,8 аналогично фрезе ФПШ-
200.
Таблица 1.8 - Техническая характеристика лесных культиваторов
[12,13,16,20,21]
Показатели КФП-
1,5
КФУ-1,5 КФВ-
3,6
КРМ-
0,5
КРЛ-
1А
КФП-
1,5А
КГФ-
2,8
Ширина захвата, м 1,25 1,5 3,6 0,5 0,6 – 0,8 1,5 2,8
почвы, см
До 10 4 - 13 8 - 18 3 - 8 3 - 8 До 10 До 8
за час чистой работы,
га
0,5 1,4 км.
пог
2,5 0,19 0,8 –1,0 0,62 2,0
Рабочая скорость, м/с 2,0 1 – 3,2 7,5
Ширина междуря-
дий, м
0,22 0,22 сплош 0,2 – 0,7 Т-16М МТЗ-
80
трактор
Т-
16М
Т-40,
МТЗ-80
Т-150
Т-150К
Двиг.
«Дру
жба»
Т-25, Т-
40
300 1100
Масса, кг 345 1120 345 350
Культиватор ротационный лесной КРЛ-1 предназначен для рыхления
почвы и уничтожения сорной растительности в рядах посадок высотой 10 –
100 см. Снабжается двумя сменными рабочими органами и двумя каркасно-
проволочными органами.
Фрезерные культиваторы КФП-1,5 и КФП-1,5А применяются в лес-
ных питомниках для междурядной обработки почвы и уничтожения травяни-
стой растительности при уходе за одно-трехлетними сеянцами хвойных и
лиственных пород деревьев высотой до 0,5 м. Секции барабана могут пере-
ставляться вдоль оси вала по шпонке и фиксироваться в необходимом поло-
жении. Рама культиватора шарнирно навешивается на продольные брусья
шасси. Ротор с помощью двух поводковых брусьев шарнирно присоединен к

31
рукавам редуктора, смонтированного на раме культиватора. Вращение к ра-
бочим органам передается посредством цепной передачи.
Фрезерный культиватор-гребнеобразователь КГФ-2,8 используется
для нарезки гребней при выращивании сеянцев на гребнях. Высота гребней
12 – 18 см. Культиватор снабжается набором сменных рабочих органов. Пять
роторов с ножами рыхлят поверхность гребней перед посевом семян или ме-
ждурядья при уходе за сеянцами. Дополнительно культиватор снабжается
окучниками. Технические характеристики роторных питомниковых культи-
ваторов приведены в таблице 1.9.
Технологические преимущества роторных машин для междурядной
обработки перед обычными заключаются в лучшем качестве рыхления поч-
вы, более полном уничтожении сорняков и образовании в междурядьях тол-
стого мульчирующего слоя.
Машины для междурядной обработки применяются в садах, ягодни-
ках, лесном хозяйстве, а также для обработки пропашных культур в сельском
хозяйстве. Машины выпускаются навесными, полунавесными и самоходны-
ми. Прицепные машины в последнее время в садах, парках, ягодниках, лес-
ных питомниках и виноградниках не применяются, вследствие их ограни-
ченной маневренности. В сельском хозяйстве для междурядной обработки
пропашных культур используют быстроходные фрезы с горизонтальной
осью расположения роторов. Они предназначены для рыхления верхнего
слоя почвы и уничтожения сорняков.
Ростовским заводом «Красный Аскай» (г. Ростов-на-Дону) выпускает
тяжелый роторный культиватор КФ-5,4 (рисунок 1.13) для послойной обра-
ботки уплотненных, тяжелых по механическому составу почв. Может приме-
няться для междурядной обработки с шириной междурядий 0,45 м. Имеет 12
роторов с шестью ножами на каждом, по три ножа в плоскости. Ширина за-
хвата одного рабочего органа составляет 240 мм, а расстояние между сосед-
ними рабочими органами находится в пределах 150 мм. Для повышения из-
носостойкости лезвия ножей наплавляются твердым сплавом. Роторные ра-
бочие органы культиватора получают вращение от вала отбора мощности че-
рез карданный вал 5, редуктор 6, трансмиссионный вал 2 и цепные передачи
7. Секционное устройство культиватора обеспечивает лучшее копирование
микрорельефа поверхности поля. На ведущем валу привода секций установ-
лен предохранитель на 200 – 250 Н ⋅ м, который защищает конструкцию от
перегрузок. Каждый рабочий орган имеет кожух, шарнирно прикрепленный к
корпусу привода секции и защищающий культуры от повреждения ножами и
засыпания почвой. В рабочее положение культиватор опускают только с
вращающимися роторами. Обработку ведут по следу сеялки.
Для агрегатирования с тракторами класса тяги 2 Киевским АО «Киев-
трактородеталь» изготовляется культиватор КВФ-2,8. Культиваторы фрезер-
ные универсальные КФУ-2,8, КФУ-1,8 и их модификации используются для
предпосевной обработки почвы с измельчением растительных остатков,

32
удобрений и гербицидов. Заменяют комплексы машин, включающие в себя
плуг, дисковую борону, культиватор, выравниватель и каток. Их применение
повышает урожайность на 10 – 15 %. Разработаны агрофирмой «Агромеха-
ника» при участии ВИМ (г. Москва).
Культиваторы вертикально-фрезерные КВС-1,7, КВС-1,4, КВС-3
(разработчик – ГСКБ по культиваторам и сцепкам, г. Ростов-на-Дону) ис-
пользуются на мелкоконтурных полях и в личных подсобных и фермерских
хозяйствах для предпосевной и предпосадочной обработки почвы в зонах
возделывания картофеля, овощей и других сельскохозяйственных культур.
Могут переоборудоваться для полосной обработки почвы. Агрегатируются с
тракторами Т-25, Т-40, ЛТЗ-55, МТЗ-102 и др.
Казанским моторостроительным производственным объединением
выпускается культиватор КФ-300 с вертикальными роторами. Используется в
овощеводстве по голландской технологии. Применяется для междурядной
обработки.
7 - ïåðåäà÷à öåïíàÿ; 8 - ðîòîð
1 - ðàìà êóëüòèâàòîðà; 2 - âàë òðàíñìèññèîííûé; 3 - êîëåñî îïîðíîå;
4 - êðîíøòåéí îïîðíûé; 5 - âàë êàðäàííûé; 6 - ðåäóêòîð;
Ñõåìà ðîòîðíîãî êóëüòèâàòîðà ÊÔ-5,4
450 240 150
450 1 2 3
7
5
135
4
6
8
Рисунок 1.13 – Схема машины для междурядной обработки
пропашных культур
В садовом культиваторе ось вращения ротора располагается парал-
лельно стволу дерева. Это конструктивное отличие позволяет использовать

33
его для обработки приствольных полос, облегчает копирование защитной зо-
ны. Такой культиватор может двигаться под кронами деревьев. Для защиты
стволов деревьев на валу ротора устанавливается эластичный обод 5 (рису-
нок 1.14). Привод ротора осуществляется цепной передачей 3. Конструкция
вертикального ротора позволяет более просто устанавливать закономерность
изменения угла атаки ножа.
Общий анализ рабочих органов с вертикальными роторами показыва-
ет, что они отличаются повышенной энергоемкостью процесса измельчения
почвы, но позволяют проводить обработку вплотную к растениям, не повре-
ждая их. На роторах с вертикальной осью вращения получили распростране-
ние ножи прямой или винтовой формы. Такие рабочие органы обеспечивают
лучшее перемешивание, крошение почвы и заделку растительных и древес-
ных остатков. Машины для междурядной обработки почвы работают на ско-
ростях больших, чем машины для сплошной обработки почвы. Рыхлят они,
главным образом, верхний слой почвы. При своей работе роторы с верти-
кальной осью вращения не создают тягового сопротивления, что необходимо
учитывать при их расчетах.
1 - âàë êàðäàííûé; 2 - ðåäóêòîð; 3 - ïåðåäà÷à öåïíàÿ; 4 - âàë ðîòîðà;
5 - ñâîáîäíî âðàùàþùèéñÿ ýëàñòè÷íûé îáîä äëÿ îáõîäà ñòâîëà
äåðåâà ïðè êîïèðîâàíèè çàùèòíîé çîíû
6 -ðîòîð; 7 - íîæè ðîòîðà
Ñõåìà ñàäîâîãî êóëüòèâàòîðà ñ âåðòèêàëüíûì ðîòîðîì:
1
2
3 4
5
6
7
Рисунок 1.14 – Схема садового культиватора с
вертикальной осью вращения

34
a
D
H
Рисунок 1.15 - Основные параметры роторов с вертикальной осью
вращения
На рисунке 1.15 показаны основные параметры роторных рабочих ор-
ганов с вертикальной осью вращения. Изготовляют ножи роторов для меж-
дурядной обработки из тех же материалов, что и ножи почвообрабатываю-
щих машин для сплошной обработки почвы.
1.2 Анализ конструкций рабочих органов машин
для ухода за лесом
Роторные рабочие органы широко представлены в комплексе машин
для расчистки земель от древесно-кустарниковой растительности. Для этого
используются фрезерный кусторез КФМ-2,8, а для глубокого фрезерования
кустарника фрезеры - МНФ-500А, МТП-42А, МТП-44А и др. Поверхностное
фрезерование кустарника осуществляется фрезерами ФКН-1,7, МТП-42А и
МТП-44А. Кроме вышеуказанных машин, для расчистки земель от крупного
кустарника и мелколесья используются фрезер МНФ-500А с шириной за-
хвата 2,3 м и глубиной фрезерования до 0,6 м.
Для рыхления дернового слоя в целях аэрации почвы и уничтожения
кротовых кочек применяется фреза ФП-4,2. Для разработки мерзлых почв и
удаления крупных пней используется щелерезно-фрезерная машина ЩФМ-3-
0,8. Разработана машина КМ-595 для строительства зарядных траншей с глу-
биной щели 1,8 м и шириной 0,25 м. Эта машина навешивается на экскава-
тор ЭТР-204. Производительность данной машины - 0,8 км пог. в час в талых
грунтах и 0,1 – в мерзлых. Для сплошного глубокого фрезерования торфяни-

35
ков используется фрезерная машина ФКН-1,7.
На рисунке 1.16 показана конструкция машины МТП-43, которая при-
меняется для срезания кустарника и мелколесья диаметром до 25 см и высо-
той до 16 м. Рабочее оборудование монтируется на базе крана КПТ-1, имею-
щего дизель-генератор. Диаметр фрезы - 1500 мм, частота вращения - 590
мин-1
. Привод осуществляется от электродвигателя мощностью 30 кВт. Ма-
шина срезает деревья полосой шириной 16 м и укладывает в пакеты.
1
2
3
4
Ñõåìà ìàøèíû ÌÒÏ-43:
1- ðàìà; 2 - ôðåçà; 3 - ñòðåëà; 4 - áàçîâàÿ ìàøèíà
Рисунок 1.16 - Схема машины для лесорасчистки
Для первичной обработки закустаренных и торфяных почв применя-
ется машина МТП-42 (рисунок 1.17). Эта машина фрезерует за один проход
заросшие кустарником и минеральные почвы на глубину 18 – 20 см, а торфя-
ные – на 40 см. Корни и кустарник измельчаются и перемешиваются с поч-
вой. Машина может фрезеровать пни и выравнивать поверхность обработки.
После работы данной машины можно производить посев лесных семян. Про-
изводительность машины составляет 0,06 – 0,1 га/час.
Рабочий орган машины выполнен в виде полого сварного цилиндра с
приваренными к нему державками для тарельчатых ножей. Режущие кромки
ножей по мере их износа можно поворачивать. Ножи можно быстро переус-
танавливать при ремонте. Режущие кромки ножей наплавлены твердым
сплавом. При работе машины на минеральных почвах тарельчатые ножи за-
меняют на самозатачивающиеся. Глубина обработки почвы устанавливается
опусканием фрезы при помощи гидроцилиндров. Диаметр фрезы по концам
ноже составляет 800 мм. Привод рабочих органов осуществляется от ВОМа
трактора через карданные валы и редукторов. Редуктор фрезы вмонтирован
непосредственно в корпус фрезы. Позади фрезы к поперечной балке машины

36
прикреплена сепараторная решетка для того, чтобы измельченные частицы
почвы и древесины не разлетались, а задерживались на почве.
9 12
1 2
3
10
13
4 5 6 7 8 14
Ñõåìà ìàøèíû ÌÏÒ-42
Рисунок 1.17 - Машина для глубокого фрезерования кустарника: 1 –
отвал; 2 – ограждение карданного вала; 3 – вал карданный; 4 – катки опорные перед-
ние; 5 – редуктор цилиндрический; 6 – кожух; 7 вал карданный; 8 – рама; 9 – плиты
отбойные; 10 – редуктор конический; 11 – редуктор бортовой; 12 – роторный рабо-
чий орган; 13 – гидроцилиндр; 14 – каток опорный задний
Для измельчения пней в лесном хозяйстве применяют машину с ро-
торным рабочим органом МУП-4 (рисунок 1.18). Базовой машиной является
трактор ЛХТ-55. Роторный рабочий орган выполнен в виде усеченного кону-
са, основанием которого служит цилиндр с двумя подрезными ножами 8, ус-
тановленными диаметрально противоположно на его торце. На образующей
конической поверхности фрезы 10 установлены скалывающие ножи 9. При-
вод рабочего органа осуществляется от ВОМа коробки передач трактора че-
рез раздаточную коробку, карданную передачу, редуктор. Ширина обрабаты-
ваемой полосы составляет 2,6 м. Частота вращения ротора – 730 мин-1
. При
взаимодействии рабочего органа с предметом труда подрезные ножи режут
поперек волокон, а скалывающие – строгают пень, отбрасывая стружку в
сторону. Производительность – 80 пней в час.
К рабочим органам третьей группы относят рабочие органы машин
для рытья канавок сравнительно небольшого сечения, Такая технологическая
операция в сельском хозяйстве используется при борьбе с сельскохозяйст-
венными вредителями, например, с жучком-долгоносиком. Роторные канаво-
копатели такого типа выполняют навесными или прицепными. Роторы снаб-
жаются Г-образными ножами и, как правило вращаются вокруг горизонталь-
ной оси, направленной перпендикулярно направлению движения агрегата.
Измельченная почва специальными отвалами выносится в сторону от канавы.
Примером конструктивного исполнения канавокопателей такой группы мо-
жет служить фрезерный канавокопатель КФ-30Б (рисунок 1.19).

37
Рабочие органы таких машин устроены аналогично рабочим органам
почвообрабатывающих фрез и приводятся в действие от ВОМа трактора че-
рез карданную передачу и редуктор. Технические характеристики роторных
канавокопателей, используемых для рытья небольших канав, приведены в
таблице 1.9.
à)
7
6
5
4
3
2
1
á)
8,9 - ñêàëûâàþùèå è ïîäðåçàþùèå íîæè ôðåçû; 10 - îáðàçóþùèå
3 - áëîê ïîâîðîòíûõ ðåäóêòîðîâ; 4 - ñòðåëà;
5 - ïðîìåæóòî÷íûé âàë; 6 - ôðåçà; 7 - ðåäóêòîð;
à) ñõåìà ìàøèíû; á) ñõåìà ðàáî÷åãî îðãàíà:
Ñõåìà ìàøèíû äëÿ óäàëåíèÿ ïíåé ÌÓÏ-4:
10
9
8
2
1 - ðàçäàòî÷íàÿ êîðîáêà; 2 - êàðäàííàÿ ïåðåäà÷à;
Рисунок 1.18 – Схема машины для фрезерования пней
Для очистки каналов большого размера от заиления и травянисто-
кустарниковой растительности применяют каналоочистители. На рисунке
1.20 показан каналоочиститель МР-12А. Сменными рабочими органами ма-
шины являются шнек с метателем, фреза, землесос, окашивающий рабочий
орган и поворотный ковш.
Шнек с метателем используется для очистки кналов от заиления и
наиболее эффективен при работе при уровне воды 10 - 20 см. Привод рабоче-
го органа осуществляется от гидромотора. Монтируется на ширины 0,4 и 0,6
м по дну канала, очищаемого за один проход.

38
Таблица 1.9 - Технические характеристики сельскохозяйственных
роторных канавокопателей [7,29]
Параметры КФ-30А КФ-30Б КНК-15 КФН-
1200
Размеры канавы:
глубина;
ширина
30
15
30
15
16
6
120
20 - 30
Диаметр ротора, мм 1060 1060 560 2500
Частота вращения ротора,
мин-1
160 160 –1 70 480 71
Поступательная скорость
агрегата, м/с
1,0 1,0 0,95 1,03
Производительность за
час чистой работы, км
3,65 3,6 3,4 3 – 4,2
Агрегатируемый трактор ДТ-75, МТЗ МТЗ-80 МТЗ Т-170
Габариты в рабочем по-
ложении, мм: длина;
ширина;
высота
4500
1460
1840
3970
1290
1350
1700
850
1200
9275
4050
3380
Масса конструктивная. кг 750 470 205 2850
4
5
6
2
1
3
Íàâåñíîé ôðåçåðíûé êàíàâîêîïàòåëü ÊÔ-30Á
1 - íàâåñíîå óñòðîéñòâî; 2 - ïåðåäà÷à êàðäàííàÿ; 3 - ðàìà;
4 - íîæ ôðåçû; 5 - ðåäóêòîð; 6 - îòâàëû
Рисунок 1.19 - Сельскохозяйственный фрезерный канавокопатель

39
Фрезерный рабочий орган применяется для очистки дна мелиоратив-
ных каналов малой глубины, не залитых водой. Орган состоит из фрезы в
сборе с редуктором и кожухом. Ротор состоит из диска с тремя радиально
расположенными лопатками с плоскими ножами. В промежутках между ло-
паток расположены малые ножи. Привод – гидравлический. Рабочий орган
для окашивания состоит из диска, лыжи , корпуса и направляющих. По пе-
риферии диска расположены съемные ножи. Опора позволяет рабочему ор-
гану копировать микрорельеф обрабатываемой поверхности. Режущие кром-
ки ножей защищены решеткой. Механические грабли удаляют скошенную
растительность на берму канала. Производительность фрезы диаметром 1,2 м
и частотой вращения 5 об/с составляет до 70 м3
в час. Все рабочее оборудо-
вание монтируется на тракторе ЛХТ-55.
6 - ñòðåëà; 8 - õîäîâàÿ ñèñòåìà
1 - ðàáî÷èé îðãàí ðîòîðíîãî òèïà
3,4,7 - ãèäðîöèëèíäðû ïðèâîäà
1 2
3
5
4 7
8
6
Ñõåìà êàíàëîî÷èñòèòåëÿ ÌÐ-12À:
Рисунок 1.20 – Каналоочиститель МР-12А
Роторные рабочие органы широко представлены в машинах для борь-
бы с лесными пожарами. Принцип их работы основан на грунтометании и
прокладке минерализованных полос. По сравнению с машинами, снабжен-
ными рабочими органами пассивного типа, роторные рабочие органы повы-
шают производительность труда в 3 – 4 раза. В лесном хозяйстве давно при-
меняются мощные полосопрокладыватели роторные ПФ-1 и грунтомет ГТ-3.
Полосопрокладыватель ПФ-1 используется в лесном хозяйстве для
создания и подновления широких защитных и заградительных полос для
профилактики пожаров, а также для локализации и борьбы с пожарами. Схе-
ма полосопрокладывателя показана на рисунке 1.21. Роторный рабочий ор-
ган состоит из двух фрезерных головок, каждая из которых имеет по четыре
шарнирно подвешенных ножа. Роторы вращаются навстречу друг другу в
одной плоскости и образуют в почве борозду глубиной до 20 см и шириной

40
до 120 см. Шарнирное крепление ножей предохранят их от поломок при
встрече трудноизмельчаемых включений в почве. Защитный кожух ограни-
чивает разброс измельченной почвы. Агрегатируется с трактором ЛХТ-55.
Частота вращения рабочего органа составляет 18 сек-1
, диаметр фрезы – 0,57
м. Общая ширина полосы – до 10 м [13].
Грунтомет ГТ-3 используется в лесном хозяйстве для активного ту-
шения низовых пожаров и прокладки минерализованных полос. Агрегатиру-
ется с трактором Т-150К. Роторный рабочий орган фрезерного типа снабжен
режущими ножами при своем функционировании образует в почве борозду
глубиной 25 см и шириной 75 см. При работе грунтомета измельченная ми-
нерализованная почва выбрасывается на расстояние до 40 м. Частота враще-
ния рабочего органа составляет 10 с-1
, а диаметр – 0,75 м [13].
Рисунок 1.21 – Схема полосопрокладывателя ПФ-1 [13]:
1 – корпус; 2 – вал карданный; 3 – устройство навесное; 4 – редуктор; 5 –
передача; 6 – кожух защитный; 7 – муфты предохранительные; 8 – ротор-
ный рабочий орган; 9 – каток упорный; 10 – навеска на трактор
Для мобильной доставки противопожарной техники к месту лесных
пожаров применяются малогабаритные лесопожарные агрегаты АЛК-25,
АЛФ-10, АЛГ – 57 на базе АСУ-57 и другие, разработанные
ВНИИПОМлесхозом (г. Красноярск).
На рисунке 1.22 показан лесопожарный агрегат ПЛМ-0,4 со сменным
оборудованием на базе мотоблока «Кутаиси – Супер - 610». Он предназначен
для механизации трудоемких работ при тушении лесных пожаров – проклад-
ки опорных минерализованных полос, нарезки щели для заглубления эла-

41
стичного шнурового заряда, транспортировки груза, подачи воды на кромку
пожара или в емкость из источника, заточки ручного инструмента. Может
доставляться к месту пожара вертолетом. Роторный рабочий орган фрезер-
ного типа режущими ножами измельчает почву и образует минерализован-
ную полосу. Диаметр роторов – 240 мм. Производительность за час работы
при прокладке полос составляет до 1,0 пог км. Масса вместе с мотоблоком –
250 кг.
Лесопожарный фрезерный агрегат АЛФ-10 на базе колесного тракто-
ра Т-40 (рисунок 1.22) применяется для прокладки заградительных и опор-
ных минерализованных полос при тушении лесных пожаров, создания и под-
новления минерализованных полос при проведении противопожарных работ.
Роторный рабочий орган фрезерного типа прокладывает борозду глубиной 18
см и шириной 60 см. Общая ширина минерализованной полосы составляет до
10 м.
Рисунок 1.22 – Малогабаритный лесопожарный агрегат ПЛМ-0,4
( по материалам выставки «Лесдревмаш – 89»)
Производительность агрегата за час работы составляет от 2,0 до 2, 8
пог км.

42
Рисунок 1.23 – Лесопожарный агрегат АЛФ-10
( по материалам выставки «Лесдревмаш – 89»)
Отдельно следует остановиться на анализе конструкций роторных ра-
бочих органов мобильных машин, предназначенных для ухода за лесом. Суть
технологического процесса, выполняемого этими машинами, заключается в
измельчении лесной почвы с порубочными остатками, древесно- раститель-
ной массой, кустарником, опавшими листьями и хвоей, ветками деревьев и
кустов, корневой системой растений. Такой процесс в зарубежной литерату-
ры носит название лесохозяйственное мульчирование. Выполнение подобно-
го ухода за лесом существенно повышает его продуктивную способность и
внешний вид. Особенно желательна подобная процедура для лесопарков и
парков, сильно подвергнувшихся антропогенному воздействую и с уплот-
ненной почвой. В нашей стране такие машины широкого распространения не
получили. Из серийно выпускаемых лесохозяйственных машин с большой
натяжкой к ним можно отнести фрезерные машины. Для дробления лесных
порубочных остатков в нашей стране налажен выпуск стационарных руби-
тельных машин ( конструкции рабочих органов таких машин будут рассмот-
рены далее).
Серийно выпускается роторный рубщик коридоров РКР-1,5, предна-
значенный для срезания около рядов дуба с междурядьями не менее 3 м по-
росли древесных пород коридорами шириной 1,5 м, с измельчением срезан-
ного материала и оставлением его на месте. Рабочий орган рубщика коридо-
ров представляет собой роторный барабан с закрепленными на нем ножами,
приводимого в действие от ВОМа трактора через карданную передачу и ре-

43
дуктор. Агрегатируется с трактором МТЗ-80. Может срезать поросль высо-
той от 0,1 до 0,4 м. Производительность за смену составляет 8,4 пог. км.
Рабочий орган многоцелевого мульчирователя для расчистки лесных
земель, выпускаемого фирмой «Триумф Машинери» (США), представляет
собой цилиндрическую фрезу шириной 1,5 м, снабженную 38 ножами. Для
уничтожения кустарника и порубочных остатков в машине «Националь-
Худо-Акс» установлен мощный режуще-дробящий роторный механизм
(диаметр 1 м), вращающийся в горизонтальной плоскости, а по периметру
прикреплены три больших ножа. Машина «Роуер» (США) оборудована фре-
зерным барабаном, по периметру которого шарнирно установлены П-
образные ножи с двухсторонней заточкой (по проспекту фирм).
Рабочий орган универсального лесохозяйственного мульчирователя
(UFM), выпускаемого фирмой «Вилибальд» (ФРГ), - горизонтально установ-
ленный барабан, набранный из дисков, на которых посредством осей шар-
нирно установлены Г-образные измельчающие элементы, выполненные из
специальной износостойкой стали. Ширина захвата рабочего органа состав-
ляет 2,6 м. Машина может применяться для измельчения пней (по проспекту
фирмы).
Анализ конструкций роторных рабочих органов зарубежных лесохо-
зяйственных мульчирователей показывает, что чаще всего это ротор в виде
трубчатого вала с массивными цапфами, ввариваемыми в трубу. Измель-
чающие элементы по окружности ротора обычно располагаются через 180,
120, 90 и 60 градусов, а вдоль него – в шахматном порядке так, что каждый
последующий ряд перекрывает зазоры между измельчающими элементами
предыдущего ряда. Количество измельчающих элементов на роторе может
составлять от десятков до сотен.
1.3 Анализ конструкций рабочих органов для измельчения
стебельчато - волокнистых материалов и древесины
К рабочим органам подобного типа относятся рабочие органы для
измельчения предмета труда методом резания пуансоном. Распространены в
машинах для измельчения стебельчато-волокничтых материалов и древеси-
ны. Процесс резания рабочими органами выполняется без скольжения и со
скольжением. В зависимости от угла скольжения между вектором нормаль-
ной относительно лезвия силы и направлением движения ножа различаются
три случая резания лезвием: 1) нормальное (рубка); 2) наклонное; 3) сколь-
зящее. При скользящем действии происходит перемещение измельчаемого
материала относительно ножа (перепиливание). Процессы резания в аппара-
тах второго класса происходят со снятием стружки. Анализ условий резания
показывает, что для измельчения материала методом резания определяющи-
ми факторами являются: нормальное давление на материал; скольжение но-

44
жа относительно материала; защемление материала; скорость резания; физи-
ко-механические свойства измельчаемого материала; геометрические пара-
метры ножа [2,3,4,6].
Теория функционирования рабочих органов второго класса достаточ-
но изучена (В.П. Горячкин, В.А. Желиговский, Н.Е. Резник, В.А. Ясенецкий
и др.). Экспериментально установлено, что с увеличением скорости резания
усилие резания и работа резания в диапазоне скоростей до 22 м/с уменьшает-
ся, а потом возрастает. По мнению Н.Е. Резника, оптимальной по критерию
энергозатрат является скорость резания 35 – 45 м/с. Доказано, что на процесс
резки существенное влияние оказывают конструктивные параметры режущей
пары и ее техническое состояние. Достаточной считается острота лезвия в
пределах 20 – 40 мкм, а если она достигает значений более 100 мкм, то нож
необходимо перезатачивать [30,31]. Для кормоизмельчающих ножей углы
заточки регламентируются стандартами.
Анализ конструкций рабочих органов кормоизмельчающих машин
показывает, что конструктивно аппараты выполняются в виде барабанов,
дисков и роторов.
1.3.1 Анализ конструкций рабочих органов барабанного типа
Определяющими параметрами барабанных режущих аппаратов явля-
ются диаметр измельчающего барабана и высота расположения горловины
относительно оси вала барабана. Для обеспечения равномерной нагрузки на
вал барабана ножи на развертке барабана устанавливаются с перекрытием,
равным толщине слоя корма. Число ножей на барабане устанавливается чет-
ным и составляет от 2 до 12. Широко применяются прямые ножи, характери-
зующиеся простотой изготовления, монтажа, регулировки зазора и заточки.
Частота вращения барабанов достигает значения 1500 мин-1
. В кормоизмель-
чающих аппаратах барабанного типа резание осуществляется главным обра-
зом по принципу рубки при нормальном давлении на материал. Для сниже-
ния энергоемкости измельчения используются ножи, изогнутые по винтовой
линии и расположенные под углом к образующей барабана. Сила резания
при применении таких ножей имеет две составляющих, одна из которых ока-
зывает на материал рубящее действие, а другая – резание со скольжением.
Барабанные измельчающие рабочие органы нашли широкое применение в
соломосилосорезках. Для дисковых измельчающих аппаратов определяющи-
ми параметрами являются размеры горловины для подачи материала в из-
мельчитель, расстояние от оси вращения до противорежущей пластины, вы-
лет и геометрическая форма ножа. В режущих дисковых аппаратах кормо-
уборочных машин применяются ножи с прямым или криволинейным лезвия-
ми. Как доказал В.П. Горячкин, эффективной формой кривой является Архи-
медова спираль. При конструировании используют наиболее подходящую к
рекомендуемой спирали дугу эксцентричной окружности. Очень часто в ра-

45
бочих органах дискового типа применяются ножи с прямолинейными лез-
виями.
В кормоуборочных комбайнах широко применяются измельчающие
рабочие органы чаще всего дискового или барабанного типа. Технические
параметры измельчающих аппаратов кормоуборочных комбайнов приведены
в таблице 1.10.
Таблица 1.10 - Конструктивные параметры измельчающих рабочих
органов кормоуборочных машин [2,3,30,31]
Марка машины
Параметр КСК-
110А
КСГ
Ф-70
Поле-
сье 700
КСС-
2,6А
КГ-
6
КСД
-2
Z-340 Z-
350
Е-
281
Тип аппарата Цилиндрический Дисковый Барабанный
Диаметр ротора, мм 750 750 630 400 110 700 620 620 800
Длина ротора, мм 650 650 700 2660 500 500 600
Частота вращения,
мин-1
960 960 1000 1150 1000 950 1187 1080 914
Число секций и но-
жей
1х12 1х12 4х10 4х6 12 6 1х8 1х8 1х12
Пропускная способ-
ность, кг/с :
на уборке кукурузы 25 19 30 20 25
на кошении трав 10 8 15 12 12 5
на уборке кукурузы
с дроблением
12
Длина резки, мм 5 – 25 5 – 25 4 – 30 20 5 –
30
20 –
40
Наличие металлоде-
тектора
- - + - + - + + +
Скорость движения
базовой машины
(раб/трансп), км/ч
12/22 9/14 10/20 12/15 10/2
0
8/25
Мощность двигателя
комбайна, кВт
147 147 206 121 184 60
Способ агрегатиро-
вания
Самоходные Приц П/н Приц Самоходные
Ножи и противорежущие элементы в кормоуборочных комбайнах ос-
нащаются пластинами из твердого сплава (карбид вольфрама или хрома).
Комбайны снабжаются специальными приспособлениями для заточки ножей.
Измельчающие аппараты подобного типа позволяют изменять длину резки в
широких пределах путем изменения частоты вращения, скорости подачи из-
мельчаемого материала питающим рабочим органом и изменением числа
ножей.
Рассмотренные выше рабочие органы обеспечивают высокое качест-

46
во измельчения кормов при невысокой энергоемкости, но имеют низкую на-
дежность при попадании в них трудноизмельчаемых предметов (камней).
Измельчающий рабочий орган ранее выпускаемого кормоуборочного
комбайна КУФ-1,8 представлял собой вал, на котором закреплены жестко не-
сущие диски, к которым прикреплены восемь съемных лопастей с регули-
руемыми ножами. Противорежущий элемент выполнен в виде пластины с че-
тырьмя рабочими гранями. По мере износа одной режущей грани пластину
переворачивают. В комбайне КСК-100 измельчающий барабан выполнен в
виде трубчатого вала с приваренными к нему стальными дисками с прикреп-
ленными к нему опорами с плоскими ножами. Длина резки регулируется из-
менением частоты вращения барабана и изменением количества ножей. Зазор
между ножами и противорежущим брусом составляет 0,5 – 1 мм. Комбайны
Z-340 и Z-350 (Польша) снабжены роторной косилкой, применяемой для
кошения трав в валки. Комбайны КСК-Ф-250 и Е-282 снабжены доизмель-
чающим устройством – дробилкой. Эти комбайны снабжены магнитными
улавливателями инородных предметов в измельчаемой массе. Кормоубороч-
ный комбайн «Полесье 700» снабжается сменными адаптерами: роторной
жаткой для кукурузы, жаткой платформенной для кукурузы; жаткой для ко-
шения трав; подборщиком. Комбайн КСД-2 снабжается жаткой с цеповым
режущим аппаратом.
Анализ конструктивных особенностей рабочих органов машин для
измельчения кормов показывает, что встречается большое число различных
рабочих органов одного и того же назначения. Это явление обуславливается
широким диапазоном изменения размерных и физико-механических свойств
предмета труда даже в одном и том же месте в зависимости от погодных ус-
ловий. Несмотря на это, во многих случаях может быть дана общая класси-
фикация измельчающих рабочих органов.
1.3.2 Анализ конструкций рабочих органов роторного типа
В сельскохозяйственных кормоуборочных машинах роторные рабочие
органы могут выполнять несколько технологических функций. Например, в
роторных косилках-измельчителях типа КИР-1,5 и в зарубежных кукурузо-
уборочных комбайнах (Z-340, Z-350, Zemun-Zmai) роторы выполняют функ-
ции режущих и измельчающих рабочих органов.
Основным рабочим органом роторных измельчителей кормов высту-
пает ротор с шарнирно закрепленными ножами. Такие рабочие органы обла-
дают повышенной надежностью при простоте конструкции. По устройству
они значительно проще барабанных и дисковых измельчителей. В последние
годы роторные рабочие органы нашли широкое применение в отечественных
и зарубежных машинах для измельчения различных материалов. Особенно
широко они применяются в косилках для заготовки зеленых кормов. Техни-
ческие параметры роторных рабочих органов, применяемых в косилках - из-

47
мельчителях, приведены в таблице 1.10.
Роторный рабочий орган косилки-измельчителя КИР-1,5 представляет
собой трубчатый вал с шарнирно прикрепленными к нему ножами, имеющи-
ми двустороннюю режущую кромку (рисунок 1.24). При выполнении техно-
логического процесса уборки кормовых культур роторный рабочий орган ко-
сит траву, измельчает ее и подает по силосопроводу в бункер. Привод рабо-
чего органа осуществляется от ВОМа трактора класса тяги 1,4 – 3. Роторные
рабочие органы с шарнирно прикрепленными ножами надежны в эксплуата-
ции. При попадании в них инородных предметов режущие элементы откло-
няются от радиального направления и поломка не происходит. Роторный ра-
бочий орган косилки ФГ-72 фирмы Гейл (США) выполнен в виде барабана с
шарнирно прикрепленными измельчающими элементами со швыряющими
лопатками, причем Г-образные ножи своей широкой стороной повернуты па-
раллельно плоскости вращения, в результате чего они не создают значитель-
ного потока воздуха и меньше загрязняют измельченную массу почвой. К
технологическим недостаткам таких рабочих органов следует отнеси высо-
кую загрязненность измельченной массы почвой и неоднородность измель-
чения. В конструкциях подобных рабочих органов практически исключена
возможность регулировки длины резки материала. Из таблицы 1.11 видно,
что однородность измельченных фракций различной длины невысокая.
3 - ðåæóùèé ýëåìåíò;
4 - ïðîòèâîðåæóùàÿ
èçìåëü÷åííîé ìàññû
ïëàñòèíà; 5 - òðóáà äëÿ âûáðîñà
1 - êîæóõ; 2 - âàë ðîòîðà;
1
2
5
4
3
Рисунок 1.24 – Схема роторного режуще – измельчающего
рабочего органа
Анализ конструкций роторных рабочих органов кормоуборочных
машин показывает, что измельчающие элементы, в зависимости от характе-
ристик измельчаемого материала, конструктивно могут выполняться в виде
колунов (рисунок 1.25,а), снабженными вертикальными лезвиями 1, закреп-

48
ленными на державках 2. Эти лезвия выполняют продольное расщепление
стеблей (колка). На периферийной части измельчающих элементов такого
типа устанавливаются сегменты 3 с наклонными лезвиями, осуществляю-
щими наклонное резание поперек волокон стеблей. На рисунке 1.25,б пока-
зан измельчающий элемент, выполненный в виде лопатки 5, на периферии
которой расположены горизонтальные лезвия 4, осуществляющие нормаль-
ное резание стеблей и швыряние измельченной массы. Серповидные ножи
(рисунок 1.25,в) осуществляют продольное расщепление стеблей. Эти ножи
обладают малой парусностью, что при высоких скоростях движения ножей
снижает затраты энергии на аэродинамический эффект. Серповидные ножи
обладают меньшим швыряющим эффектом, что является положительным ка-
чеством при измельчении листовой массы.
Таблица 1.11 - Конструктивные параметры роторных рабочих органов
косилок – измельчителей [2,3]
Параметры КИР-1,5Б КИР-1,5 ФГ-72
(«Гейл» США)
Ширина захвата, м 1,5 1,5 1,85
Производительность, га/ч До 0,7 До 0,7 0,9-1,35
Рабочая скорость, км/ч До 8 3,5 – 8 4 – 9
Диаметр ротора, мм 570 570 590
Ширина ротора, мм 1440 1440 1850
Частота вращения, об/мин 1500 1410 1445
Число ножей 28 28 40
Масса машины, кг 1800 950 900
Параметры измельчения по
фракциям, %, мм:
0-20
20-40
40-60
60-80
80-100
более 100
26,3
13
9,7
9,8
8,8
31,2
43,3
12,3
16,9
3,4
5,7
10,7
Анализ показывает, что измельчающие элементы роторных рабочих
органов зарубежных машин конструктивно крепятся к ротору различно (ри-
сунок 1.26).
Фирмы «Ховард», «Вильдер» (Англия), «Тааруп» (Дания) в своих
машинах применяют составные измельчающие элементы, у которых режу-
щая часть крепится к специальным держателям. Такая конструкция позволя-
ет заменять режущую часть при ее износе или поломке.
Обычно измельчающие элементы роторов имеют гладкие острые
кромки. Однако в модели «Супер 60» фирмы «Фергюсон» (США) режущие
кромки ножей выполнены зубчатыми. Измельчающие элементы лопаткооб-

49
1
2
3
5
á)
â)
6
4
à)
Рисунок 1.25 - Конструктивные схемы измельчающих элементов
роторных рабочих органов кормоуборочных машин
Òààðóï (Äàíèÿ)
Õîâåð Õàéòèìåð (Àíãëèÿ)
Äæîí Äèð (ÑØÀ)
Âèëüäåð (Àíãëèÿ)
Èô (Äàíèÿ)
Ôåäêî (Àíãëèÿ)
Рисунок 1.26 – Конструктивные схемы рабочих органов
измельчителей зарубежного производства

50
разной формы осуществляют не только измельчение, но и транспортирова-
ние измельченной массы в транспортное средство.
В измельчителях с двойным измельчением устанавливаются измель-
чающие элементы с режущей кромкой на боковой грани. Они обычно осуще-
ствляют поперечное и продольное измельчение. В кормоуборочных комбай-
нах фирм «Тааруп» и «Вильдер» измельчающие элементы крепятся к валу
посредством специальных штанг с коническими втулками. Измельчающие
элементы комбайнов фирмы «Джон Дир» (США) устанавливаются на ребра,
приваренные к валу.
В роторе комбайнов фирмы «Листер» (Англия) (рисунок 1.27) из-
мельчающие элементы крепятся попарно к дискам на валу ротора. В измель-
чителях комбайнов фирмы «Нью Айдиа» (США) каждый измельчающий
элемент установлен между двумя дисками, приваренными к валу.
Ëåëè (Àíãëèÿ)
Íüþ Àéäèà (ÑØÀ)
Ëèñòåð (Àíãëèÿ)
Рисунок 1.27 – Схемы рабочих органов измельчителей
кормоуборочных машин зарубежных фирм

51
Общими недостатками вышеперечисленных измельчающих рабочих
органов является: прерывистость и неравномерность процесса измельчения,
что требует повышенных маховых масс несущих дисков; высокая энергоем-
кость процесса измельчения, обусловленная большой частотой вращения,
требуемой для надежного функционирования при пневматическом подпоре
предмета труда; относительно высокая загрязненность почвой измельченной
массы. Шарнирное крепление к ротору измельчающих элементов снижает
коэффициент полезного действия, повышает шумы и вибрацию.
1.3.3 Анализ конструкций рабочих органов для измельчения
древесной зелени
В лесном хозяйстве в машинах для измельчения вторичного сырья от
переработки деревьев (древесная зелень, хвоя, ветки, кора и др.) используют-
ся рабочие органы барабанного типа с шарнирно закрепленными ножами. Ре-
сурсы древесной зелени в лесах России, по данным ВНИИПЭИИлеспрома,
только от рубок главного пользования и рубок ухода составляют более 20
млн. тонн хвойных пород и 5 млн. тонн мягколиственных пород. Для механи-
зированной заготовки древесной зелени используются: 1) стационарные
хвоеотделители: ОДЗ-12А, ИПС-1, ОДЗ-3, ОИЗ-1, ОЗУ; 2) передвижные:
ОЗП-1, ОЗП-3, ОЗП-4М; 3) переносные: на базе бензопилы «Дружба» и др. В
таблице 1.12 приведены технические характеристики отделителей древесной
зелени [32,33,34].
Таблица 1.12 - Технические характеристики отделителей
древесной зелени [35,36,37]
Параметр ОДЗ-3,0 ОЗП-1,0 ИПС-1
Тип машины и рабочего ор-
гана
Стационарный,
трехбарабанный
Прередвижной,
прицепной,
барабанный
Стационарный,
дисковый
Максимальный диаметр об-
рабатываемых веток, мм
120 80 50
Производительность, кг/ч До 1000 До 2500
Мощность привода, кВт 7,5 5,5
Масса, кг 1300 1320 2400
На рисунке 1.28 показана конструктивная схема отделителя древес-
ной зелени ОДЗ-3,0, состоящего из рам, транспортера, двух прижимных
вальцов, трех рабочих органов барабанного типа с шарнирно прикрепленны-
ми ножами и двух опорных вальцов. Приводные вальцы транспортеров при-
водятся в действие при помощи цепных передач, а рабочие органы – посред-
ством клиноременной передачи от редукторов. Каждый рабочий орган имеет

52
свой привод. Направление вращения рабочих органов совпадает с направле-
нием вращения вальцов и перемещением нижней ветви транспортера. Ско-
рость вращения рабочих органов регулируется при помощи ременного вариа-
тора в пределах от 700 до 1000 мин-1
. Скорость вращения устанавливается в
зависимости от породного состава измельчаемых веток. На рабочем органе
установлены цельные износостойкие ножи. Скорость резания ножей нахо-
дится в пределах от 9 до 20 м/с для сосновых веток, и 12 – 30 м/с – для ело-
вых. Диаметр рабочих органов по концам ножей составляет 245 мм. Ножи
изготовляются и сталей марок У9, 65Г, 70Г. Твердость ножей после термооб-
работки в зоне закаливания составляет не менее 50 – 57 HRC. Часто для по-
вышения износостойкости и долговечности ножей, взаимодействующих с
древовидными остатками, применяют наплавки сплавом сормайт, смесью
сормайта с релитом в соотношении 1:1 с последующим горячим пластиче-
ским деформированием и другими твердыми сплавами [30].
1
2 3 4 5 6
7
ÎÄÇ-3,0
Рисунок 1.28 – Схема отделителя древесной зелени ОДЗ-3,0 [35]:
1 –рама нижняя; 2 –рама верхняя; 3 – транспортер; 4 – роторный рабочий орган;
5 – валец опорный; 6 – валец прижимной; 7 – предмет труда
Отделитель древесной зелени ОЗП-1,0 агрегатируется с трактором
МТЗ-80 и используется непосредственно на лесосеке или на верхнем складе.
Измельчитель – пневмосортировщик древесной зелени ИПС-1,0 используется
в стационарных условиях и снабжен сельскохозяйственным измельчителем
кормов КИК-1,4. В измельчителях древесной зелени измельчение осуществ-
ляется в основном методом ударного резания (конструкции таких измельчи-
телей будут подробно рассмотрены в разделе 1.4).

53
1.3.4 Анализ конструкций рабочих органов для
измельчения древесины
Для измельчения древесины с целью получения технологической ще-
пы для химической переработки применяются стационарные и передвижные
рубительные машины. В лесоперерабатывающей промышленности на лес-
ных складах наибольшее распространение получили дисковые рубительные
машины, а барабанные рубительные машины в основном используются для
измельчения порубочных остатков с целью выработки топливной щепы.
Особенностью технологического процесса нормального резания (рубки), вы-
полняемого рабочими органами данных машин, является то обстоятельство,
что качество получаемой щепы строго регламентируется стандартами (ГОСТ
15815 – 70). Размеры и фракционный состав топливной щепы стандартами не
регламентируются.
Дисковые рабочие органы рубительных машин снабжены ножами,
расположенными на торцевой стороне диска, а барабанные – ножами, распо-
ложенными по образующей барабана.
На рисунке 1.28.а показана схема рабочего процесса, выполняемого
дисковым рабочим органом рубительной машины
6
â)
5
á)
2
1
3
4
5 - æåëîá ïèòàòåëüíûé; 6 - íîæè óïîðíûå
1 - äèñê; 2 - íîæ; 3- ùåëü ïîäíîæåâàÿ; 4 - êîæóõ;
à)
Рисунок 1.28.а – Схема рабочего процесса измельчения древесины:
а) общая схема работы дискового ножа; б) – схема измельчения древесины пло-
ским диском; в) – схема измельчения древесины геликоидным диском
Дисковые рабочие органы в машинах для рубки древесины обычно
устанавливаются вертикально и вращаются с частотой от 150 до 500 мин-1
.
Диаметр диска составляет от 1 до 3 м. На диске закрепляется от 3 до 16 пря-
мых ножей, имеющих угол заострения 30 – 45 0
. Обычно ножи располагаются

54
по радиуса диска или смещаются относительно радиального направления на
угол 10 – 15 0
. Выступание режущей кромки ножа над поверхностью диска
устанавливается при помощи специальных подкладок. В диске изготовляется
сквозная щель (подножевая щель) для отвода стружки. Диск закрывается ко-
жухом, а измельчающий материал подается к рабочему органу под действи-
ем силы тяжести по наклонному желобу, угол установки которого α1 состав-
ляет 45 – 50 0
(рисунок 1.28). По отношению оси вала в плане измельчаемое
полено подается под углом 15 – 50 0
. Ножи отрезают от полена шайбы, кото-
рые тут же распадаются на куски (щепу) (рисунок 1.28, б).
В дисковых рабочих органах для измельчения древесины могут уста-
навливаться геликоидные ножи, выполненные по винтовой поверхности (ри-
сунок 1.28, в). Такие ножи характеризуются равномерной силой резания и
однородным измельчением древесины.
Барабанные рабочие органы рубительных машин (рисунок 1.29,а) со-
стоят из массивного стального барабана 1 диаметром от 0,3 до 1,0 м, вра-
щающегося со скоростью от 600 до 900 мин-1
. На периферии барабана по его
образующей установлено от 2 до 12 прямых ножей 2. Режущие лезвия ножей
выступают из барабана на величину h. Измельчаемый материал подается к
рабочему органу по желобу 3, расположенному под углом α к горизонту и
снабженному упорными ножами 4. Щепа поступает во впадины 5, располо-
женные перед ножами, и под действием центробежных сил выбрасывается в
желоб 6.
2
5
1
2
1
3
4
6
h
а) б)
Рисунок 1.29 – Схема рабочего процесса измельчения древесины
барабанными рабочими органами
На рисунке показан пустотелый роторный рабочий орган рубитель-
ной машины. В них щепа поступает сквозь подножевые щели внутрь бараба-
на и удаляется из него через открытый торец по лотку.

55
При работе барабанных и дисковых рубительных машин осуществля-
ется торцово-продольно-поперечное резание древесины.
В таблице 1.13 приведены конструктивные параметры рабочих орга-
нов рубительных машин для измельчения древесины.
Барабанные рубительные машины особенно распространены в ФРГ,
Финляндии, Швеции, Австрии и Италии. Потребность в измельченной древе-
сине в этих странах почти полностью удовлетворяется за счет барабанных
рубительных машин.
Таблица 1.13 - Конструктивные параметры рабочих органов
рубительных машин [36, 37]
Параметры МРН-25 РМО-1600 МРГ-18 МРГ-35 ДУ-
2М
ЛО-56
Тип ножа Гелико-
идный
Плоский Геликоидный Геликоид-
ный
Пло-
ский
Количество но-
жей
16 3 12 10 4
Диаметр ротора,
мм
1270 1600 1600 600 900
Мощность при-
вода, кВт
75 55 55 125 - 250 55
ния, мин-1
730 500 675 585 600 585
ность, пл.м3
/ч
25 9 - 12 18 35 12 18
Применяются машины для измельчения отходов низкой полнодре-
весности. К числу ведущих изготовителей в области барабанных рубитель-
ных машин следует отнести фирмы «Клекнер» и «Паллманн» (ФРГ), «Рауте»
(Финляндия), «Брукс» (Швеция), «Морбарк» (США). Свыше 100 типоразме-
ров рубительных машин выпускается этими фирмами. Рубительные машины
обеспечивают получение размеров технологической щепы 18 – 50 мм, топ-
ливной – 100 мм, кормовой щепы – 3 – 25 мм. Удельная энергоемкость полу-
чения древесной щепы составляет от 4 до 10 кВт⋅ ч /м3
.
Для переработки сучьев, ветвей, коры, короткомерных отходов лесо-
заготовок и лесоперерабатывающих производств используются измельчители
роторного типа. В них резание древесины относительно направления волокон
носит стохастический характер. Щепа, получаемая в измельчителях, чаще
всего используется в качестве топлива. Рубительные машины, применяемые
на лесосеках, выполняются передвижными. Расход топлива в этих машинах
на измельчение древесины составляет 0,8 – 1,5 л/т.
Для измельчения целых пней на биржах канифольно-экстракционных
заводов применяются стационарные установки с фрезерным барабаном (ско-
рость - 300 мин-1
), на котором установлено 16 ножей. Производительность

56
данных рабочих органов составляет до 60 м3
в смену. На базе трактора-
тягача с манипулятором Т-157 монтируются для измельчения пней пере-
движные установки, имеющие ножевые роторные рабочие органы с произво-
дительностью до 8,3 м3
/час.
Анализ литературных источников показывает, что размерные пара-
метры рабочих органов рубительных машин являются максимальными из
имеющихся роторных рабочих органов. Металлоемкость подобных уст-
ройств также является максимальной. Рабочие органы как правило устанав-
ливаются горизонтально.
1.4 Анализ конструкций роторных рабочих органов
ударно-измельчающего действия
В основе динамического процесса измельчения, выполняемого рас-
смотренными в данном разделе рабочими органами, лежит механизм разру-
шения упруговязкопластических материалов сжатием без заметного развития
пластических деформаций. Скорости взаимодействия рабочих органов с
предметом труда велики и могут достигать значений свыше 100 м/с (партер-
ные газонокосилки). При таких скоростях разрушение материала происходит
за счет кинетической энергии измельчающих элементов за пределами упру-
гой деформации в измельчаемом материале. Определяющим параметром для
оценки процесса измельчения выступает работа измельчения. Поскольку из-
мельчение материала осуществляется главным образом за счет кинетической
энергии, то к самим измельчающим элементам предъявляются менее жесткие
технические требования, например, к остроте лезвия. Иногда острота лезвий
задается агротехническими требованиями к качеству среза (газонокосилки).
Конструктивно в качестве измельчающих элементов в таких рабочих органах
применяются ножи и молотки. Поскольку измельчение материала осуществ-
ляется за счет кинетической энергии измельчающих элементов, а не за счет
удельного давления, то в некоторых измельчителях ножи отсутствуют. В не-
которых машинах применяются гибкие измельчающие элементы.
Теория резания лезвием для описания подобного процесса не годится
абсолютно. В основу теории разрушения хрупких материалов дроблением
положена функциональная зависимость между затраченной энергией и пара-
метрами измельченного материала. Существует несколько теорий дробления:
П. Риттинберга – работа разрушения пропорциональна вновь образованной
поверхности; Кика-Кирпичева – работа разрушения пропорциональна де-
формированному объему; П.А. Ребиндера – работа разрушения материала
пропорциональна к площади вновь образованной поверхности и деформиро-
ванному объему.
Сразу оговорим области применения вышеназванных теорий приме-
нительно к измельчению упроуговязкопластичных материалов. Теория Кика-
Кирпичева полностью справедлива для первой стадии измельчения материа-

57
ла, когда осуществляется деформация материала, а теория Риттингера – для
второй стадии ударного разрушения материала, когда происходит разделение
материала на части, образуются новые поверхности и преодолеваются силы
сцепления между частицами.
При рассмотрении процесса измельчения подобных материалов сле-
дует тот факт, что эти материалы обладают структурой, имеют анизотропные
и лабильные прочностные характеристики.
Рабочие органы, функционирующие на основе данного принципа, ус-
танавливаются в измельчителях зерноуборочных комбайнов, в молотковых
дробилках, применяемых для измельчения кормов, древесных материалов,
отходов лесозаготовок, опавших листьев, хвои и т.п.
1.4.1 Анализ конструкций рабочих органов
измельчающих приставок
К рабочим органам, функционирующим по принципу ударного реза-
ния, относятся рабочие органы измельчителей зерноуборочных комбайнов.
Данные рабочие органы измельчают незерновую часть урожая (НЧУ). Пер-
вые измельчители ИНК-3,5 устанавливались в зерноуборочных комбайнах
СК-4 (Ростсельмаш). На смену им пришли измельчители соломы ИСН-3,5. В
настоящее время на комбайне «Дон-1500» устанавливается измельчитель
ПКН-1500. В данных рабочих органах используются вращающиеся барабаны
с шарнирно закрепленными ножами (резаками). Рабочий орган приспособ-
ления ПУН-5, навешиваемого на молотилку комбайна «Нива», представляет
собой барабан, состоящий из трубы, к которой приварены цапфы и несущие
диски, на которых закреплены прямоугольные ножи. Ротор снабжается про-
тиворежущим элементом. Для регулирования степени измельчения и расще-
пления соломы режущие кромки противореза либо приближаются к ножам
барабана, либо от него отдаляются. Дополнительно степень измельчения
можно регулировать установкой необходимого числа ножей на роторе. Ком-
байны, оборудованные роторными измельчителями, работают по двум тех-
нологическим схемам: с разбрасыванием НЧУ по полю и с укладкой НЧУ
(солому и полову) в валки с последующим подбором. Аналогичные измель-
чители устанавливаются в комбайнах «Енисей» и «Нива».
Измельчитель 54-136 устанавливают на комбайне СК-5, а измельчи-
тель 65-136 – на комбайн СК-6. Роторный рабочий орган указанных измель-
чителей состоит из трубчатого вала с приваренными к нему кронштейнами,
на которых посредством осей шарнирно закреплены молотки. На краях вала
установлено по четыре молотка с большими лопастями. Концы молотков вы-
полнены в виде вилок с заостренными концами (рисунок 1. 30). В таких из-
мельчителях рабочие органы выполняют технологическую и транспортную
функцию.

58
1 - âàë; 2 - êðîíøòåéí; 3 - ìîëîòîê ñðåäíèé; 4 - ìîëîòîê êðàéíèé
1 2 3
4
Ñõåìà ðîòîðà èçìåëü÷èòåëåé 54-136 è 65-136:
Рисунок 1.30 – Схема роторного рабочего органа измельчителей
комбайнов
В таблице 1.14 приведены основные конструктивные параметры из-
мельчителей зерноуборочных сельскохозяйственных комбайнов.
Таблица 1.14 - Основные параметры измельчителей
и измельчи телей-эксгаустеров зерноуборочных комбайнов
[2,3,39,40]
Параметр ПУН-5 54-136 65-135 ПКН-
1200
ПКН-
1500
«Дон»
Производительность, кг/с 5 5 6,0 6,0 8 – 10
Средняя длина измель-
ченной частицы соломы,
мм
30 – 200 50 50
Диаметр ротора, мм 600 600 600 600 600
Частота вращения, мин-1
2000 1870 1870 1946 1946
Количество ножей (мо-
лотков), шт
69 34 42
Масса, кг 723 600 700 750 800
Длина ротора, мм 2800 2640 2640 2450 2450
Зерноуборочные комбайны снабжаются приставками пикерного типа
для уборки кукурузы на зерно или зерно-стержневую смесь. Так, комбайн
«Нива» снабжается приставкой ППК-4, «Дон-1550» - КМД-6, СК-10 «Ротор»
- КМР-6. В данных приставках измельчитель служит для измельчения листо-
стебельной массы кукурузы и подачи ее по трубе в кузов транспортного
средства.
Рабочий орган представляет собой барабан, установленный в кожух,
состоящий из двух половин, стянутых болтами. Ротор состоит из трубчатого
вала с вваренными на его торцах цапфами. На валу жестко установлено че-
тыре диска с закрепленными на них ножами – по четыре в каждой секции. На

59
ноже двумя болтами закрепляется лопатка. За счет овальности отверстий под
болты крепления ножей к дискам каждый нож может регулироваться и уста-
навливаться индивидуально. Ножи жестко фиксируются специальными бол-
тами, упорными винтами и косыми шайбами. На ведущей цапфе ротора ус-
тановлен шкив со встроенной обгонной муфтой. Для обеспечения износо-
стойкости и самозатачивания режущие кромки ножей наплавлены твердым
сплавом. В таблице 1.15 приведены основные технологические и конструк-
тивные параметры приставок к зерноуборочным комбайнам.
Таблица 1.15 - Основные параметры приставок
к зерноуборочным комбайнам [2,3,39,40]
Параметр КМД-6 КМР-6 ППК-4
Рабочая ширина захвата, м 4,2 4,2 2,8
Производительность, га/ч 1,0 1,2 0,8
Длина ротора, мм 650 650 650
Частота вращения, мин-1
1320 1270 1380
Расход топлива, кг/га (кг/т) 19,7 (5,4) 17,0 (4,7) 21,2 (5,8)
Количество частиц кукурузы разме-
ром до 30 мм и влажностью 62,7 %
17,7 –
12,9
18,7 – 21,3 16,0 –
19,0
Все рабочие органы приставок к зерноуборочным комбайнам приво-
дятся в действие от главного контрпривода комбайна. Зазор между ножами
барабана и противорежущими элементами задают в пределах 3 – 4 мм, регу-
лируют перемещением подшипников барабана измельчителя и установкой
подкладок под опоры. При замене в измельчителе одного ножа для предот-
вращения дисбаланса заменяют также диаметрально противоположный нож,
предварительно подобрав его по массе. Балансировку барабана выполняют
установкой или снятием специальных грузов на дисках барабана. При заточ-
ке одного ножа аналогично затачивают диаметрально противоположный
нож.
1.4.2 Анализ конструкций рабочих органов молотковых дробилок
В молотковых дробилках процесс измельчения осуществляется влет и
истиранием. Частицы материала сепарируются в дробильной камере по раз-
мерам. Вращающийся слой материала окончательно истирается о молотки и
неподвижные части измельчителя и эвакуируется из рабочей камеры через
отверстия решет. Определяющим параметром измельчителей ударного типа,
определяющим эффективность рабочего процесса, является линейная ско-
рость молотка. В современных конструкциях молотковых дробилок линейная
скорость молотков колеблется в пределах 40 - 120 м/с.

60
Параметры рабочих органов машин для измельчения комбикормов
регламентируются стандартами. Устанавливаются типоразмеры измельчите-
лей в зависимости от производительности. Конструкции молотковых дроби-
лок очень разнообразны. Если проанализировать геометрическую форму мо-
лотков дробилок для измельчения кормов, то можно выделить формы молот-
ков, показанные на рисунке 1.31.
Для измельчения зерна применяют молотки толщиной 1,5 – 4 мм,
выполненные из стали :65Г или 30ХГА с закалкой до температуры 880 0
С, с
охлаждением в масле и последующим отпуском до 225 0
С до твердости 390 –
475 НВ. На развертке ротора молотки устанавливают по винтовым линиям
двух- или трехзаходного винта.
1 2 3 4 5 6
Рисунок 1.31 - Геометрические формы измельчающих молотков
Конструкции дробилок весьма разнообразны. Остановимся на анализе
дробилок, применяемых в лесном хозяйстве. В таблице 1.16 приведены ос-
новные параметры некоторых молотковых дробилок. Анализ данных табли-
цы показывает, что параметры дробилок изменяются в широких пределах.
Все дробилки приводятся в действие от электропривода. Используются для
измельчения в основном зерна, пленчатых культур, шрота и жмыха. Все они
имеют рабочую камеру, снабженную решетами. Часто такие дробилки снаб-
жаются металлоуловителями. Отличаются друг от друга они длиной ротора,
параметрами просеивающих решет и мощностью электропривода.
Молотковый ротор дробилки А1-ДМР представляет собой полый вал,
на котором смонтированы диски толщиной 6 мм, между которыми на осях
установлены молотки размерами 200 х 60 х 6 мм. Для повышения износо-
стойкости рабочая поверхность молотков часто наплавляется сормайтом. Не-
обходимое расстояние между молотками на оси обеспечивается за счет уста-
новки распорных втулок.

61
Анализ параметров дробилок показывает, что они относятся к весьма
энергоемким машинам, рабочие органы которых функционируют при высо-
ких скоростях. Роторы подвергаются большим динамическим нагрузкам. С
целью равномерного износа всех сторон молотков и увеличения их долго-
вечности они переставляются на осях. Молотки переставляют осторожно и
так, чтобы каждый молоток был установлен на прежнее место для сохране-
ния балансировки. Разница в массе двух радиально расположенных молотков
не должна превышать 1 град. [2]. Испытаниями было установлено (по дан-
ным УНИИИМЭСХ), что энергоемкость дробилки ДБ-5 составила 3,45 –
13,1 кВт ⋅ ч/т, а дробилки КДМ-2 – 6,54 – 14,0 кВт ⋅ ч/т. [30].
Конструкции зарубежных дробилок еще разнообразнее. Они состоят
из молотковых роторов и решет с различным диаметров отверстий. В приво-
дах зарубежных измельчителей используются электродвигатели с регули-
руемой и реверсивной скоростью вращения [42]. Например, в роторных из-
мельчителях моделей 1020, 2550 и 60100 фирмы “Sproud – Waldron” (США)
используются вибролотки для подачи материала в измельчитель, применяют-
ся торцовые решета и двухступенчатые роторы. Анализ информации по кон-
струкциям зарубежных измельчителей кормов показывает, что мощность их
приводов составляет от 22 до 250 кВт, диаметр ротора по концам молотков –
150 – 1400 мм; площадь перфорированных сит – 24 – 200 дм2
. Анализ кине-
матики функционирования таких рабочих органов показывает, что окружная
скорость молотков составляет от 40 до 120 м/с, а производительность – 2 – 40
т/ч, масса – 1500 – 4000 кг.
Отличительной особенностью ротора дробилки «Kosmek” (Италия)
является то, что ее прямоугольные молотковые измельчающие элементы
имеют заостроеные кромки, что позволяет снизить энергоемкость измельче-
ния и повысить коэффициент однородности измельчения. Диаметр ротора –
510 мм, длина ротора – 515 мм, окружная скорость – 82 м/с, толщина молотка
– 4 мм, диаметры перфорации решета – 2, 4, 6 мм [42].
В молотковой дробилке “ZINAL” фирмы “Buhler” (Швейцария) при-
меняется оригинальный уловитель камней, металлических предметов и дру-
гих тяжелых примесей, приводящийся в действие сжатым воздухом [про-
спект фирмы “Buhler”].
В лесном хозяйстве для измельчения порубочных остатков применя-
ются универсальные сельскохозяйственные дробилки-измельчители (ДКМ-5
и КДУ-2), снабженные двумя рабочими органами. Рабочий орган барабанно-
го типа с режущими ножами осуществляет предварительное измельчение ма-
териала, доизмельчение производится роторным рабочим органом, снабжен-
ным молотками. Диаметр ротора в данных измельчителях – 500 мм, количе-
ство молотков - 80, а частота вращения – 2900 мин-1
[34].
При производстве витаминной муки из древесной зелени использу-
ются измельчители, разработанные ВНИИЖИВМАШем для измельчения
влажных початков кукурузы и зерна. Разработаны три технологические ли

62
Таблица 1.16 - Технические параметры молотковых дробилок [2,30,31,39]
Параметры КДМ-2 Ф-1М ДБ-5-2 А1-ДДР А1-ДДП ДМ ДММ ДМ-440 А1-БД РБД-
3000
Производительность,
т/ч
2 – 2,5 2 3,5 10 - 12 5 – 6 3,0 7,0 3,8 1,5 3
Диаметр ротора, мм 500 500 500 630 640 500 980 450 500
Длина ротора, мм 410 224 500 588 363 353 353 410 70
Число молотков 90 108 120 144 96 72 160 288 60
Зазор между ситом и
молотками, мм
5 – 10 12 – 15 12 – 15 7 – 10 7 – 10 5 – 7 5 – 10
Окружная скорость
ротора, м/с
71 77 77 100 97 77 76 67 75
2700 2950 2940 2950 2940 2970 1470 2925 2910 2100
Мощность привода,
кВт
30 23,3 32,2 100 40 22 55 13 7,5 29
Габаритные размеры,
мм:
длина
ширина
высота
2465
1130
3185
1700
2200
2620
8460
2420
4200
2250
1050
2490
1885
1050
2490
1640
888
1360
1980
1140
1685
1380
690
640
750
970
1330
1148
1130
1500
Масса без электро-
двигателя, кг
955 695 895 2100 1500 1085 1960 241 450 1600

63
нии: КИК-Ф-20; КИК-Ф-20-03; КИК-Ф-20-04. В этих линиях применяются
переоборудованные измельчители ИРТ-165-02К, М-8, ИРМ-50. Остановимся
на анализе конструкций данных измельчителей подробнее.
Переоборудованный для измельчения древесной зелени измельчитель
ИРТ-165-02К отличается от производственного тем, что в нем круглый
большеобъемный бункер заменен небольшим коробчатым, а на роторе уста-
новлено 72 молотка. Роторный рабочий орган измельчителя М-8 включает в
себя вал, на котором при помощи распорных втулок на шпонках установлены
несущие диски с закрепленными четырьмя или шестью осями. На осях
шарнирно установлены молотки прямоугольной формы, толщиной 6,5 мм.
После износа молотков с одной стороны ротора осуществляется его реверси-
рование. На деке устанавливаются специальные противорежущие ножи, из-
готовленные из износостойкой стали [35].
Рабочий орган измельчителя ИРМ – 50 собран из вала, несущих дис-
ков, на которых при помощи осей шарнирно установлены молотки. Шаг мо-
лотков составляет 76 мм. Молотки на роторе установлены в шахматном по-
рядке, причем на каждой последующей оси молотки смещены относительно
предыдущей на 38 мм. На деке установлены противорежущие ножи с регули-
руемой длиной. Завод поставляет измельчители с электроприводом и смен-
ными шкивами (на 1500 и 2000 мин-1
). Если привод измельчителя осуществ-
ляется от трактора Т-150К, то шкив с ротора снимается, а на шлицевый конец
вала надевается телескопический вал. Если привод осуществляется от трак-
тора К-700, то на вал ротора устанавливается фланец [35]. Степень измельче-
ния материала в таких измельчителях регулируется изменением длины про-
тиворежущих ножей либо изменением частоты вращения ротора.
Среди конструкций зарубежных измельчителей следует отметить
дробилки ВМ-5 фирмы “Skiold” (Дания) и PVM 2060 фирмы “Neuero”
(ФРГ). Дробилка ВМ-5 приводится в действие от трактора мощностью 74 –
118 кВт и имеет производительность 20 т/ч, а массу – 870 кг [по проспекту
фирмы “Skiold”].
Для получения витаминной муки из древесной зелени используются
агрегаты для производства витаминной муки АВМ-0,65, АВМ-1,5, АВМ-3,0,
которые снабжаются молотковыми роторными измельчителями. Технические
параметры измельчителей приведены в таблице 1.17.
Таблица 1.17 - Технические параметры измельчителей АВМ [11]
Параметры АВМ-0,65 АВМ-3,0 ДКМ-1
Производительность, т/ч До 8 До 3 1,0
Частота вращения ротора, мин-1
2920 1470 2940
Мощность электродвигателя, кВт 45 160 30
Масса, кг 1000 3730 460

64
Измельчители состоят из корпуса, ротора с молотками, деки и решет.
Привод ротора выполняется от электродвигателя, управляемого с централь-
ного пункта. В дробилке предварительно высушенная масса измельчается в
муку. Ротор может работать в реверсивном варианте. Дробилки комплекту-
ются сменными решетами с диаметром отверстий 4, 6 и 8 мм. По мере износа
молотки разворачивают или включают реверсивное вращение ротора.
Для измельчения древесной зелени применяют измельчители грубых
кормов ИРТ-165, ИРТ-80, ИГК-30, ДИП-2, ФГФ-120 и др. [2,3,30,31]. Техни-
ческие параметры указанных измельчителей приведены в таблице 1.18.
Анализ данных таблицы 1.18 показывает, что наибольшей однород-
ностью измельчения характеризуется измельчитель ФГФ-120МА. Дробилка
ИРТ-165 выпускается в стационарном и передвижном вариантах.
Таблица 1.18 - Технические параметры измельчителей грубых кормов
[2,3,30,31]
Параметр ИГК-30 ФГФ-
1200МА
ИРТ-80 ИРТ-165
Производительность, т/ч До 3 3 – 3,2 4 – 6 5,6 – 10,1
Мощность привода, кВт 30 51,5 59 110
Диаметр ротора, мм 100 645 1310 530/650
Длина ротора, мм 82 864 180 1020
Удельная энергоемкость,
кВт ⋅ ч/т
7,2 6,1
Распределение частиц по
фракциям, % , мм:
до 50
св 50
65,6
34,4
94
6
76
24
85
15
Ротор измельчителя (рисунок 1.32) состоит из вала 3, несущих дис-
ков 5, распорных колец, шкворней 6 и молотков 4. Шкворни устанавливают-
ся в отверстия пластин. Молотки на роторе устанавливаются в шахматном
порядке. Гребенка 7 служит противорежущим элементом. Снизу ротор за-
крывается сменным решетом 10. Качество измельчения материала регулиру-
ется совместным перемещением гребенок и отсекателей, кинематически свя-
занных между собой. Для измельчения материала повышенной влажности
измельчитель комплектуется сменной декой с противорезами. Для измельче-
ния очень влажных кормов в измельчителе устанавливают дополнительно
лифтер и отсекатель.
Механизм привода рабочих органов дробилки ИТР-165 включает в
себя механический привод ротора и гидравлические приводы бункера и кон-
вейера. Механический привод ротора включает в себя вал и мультипликатор
(цилиндрический редуктор), повышающий частоту вращения вала ротора с

65
1000 до 2000 мин-1
. Бункер и конвейер приводятся в действие гидромотора-
ми. Скорость вращения бункера и конвейера регулируется гидродросселем. В
стационарном варианте дробилки привод рабочих органов осуществляется от
электродвигателя через мультипликатор. При износе молотков качество из-
мельчения ухудшается. Допустимый радиус закругления молотков составля-
ет 20 мм. При большем износе молотки поворачивают или заменяют. Допус-
тимый дисбаланс молотков допускается не более 5 град.
Измельчитель для материалов с повышенной влажностью ИРТ-80
безрешетного типа состоит из молоткового ротора, деки, рамы, шасси и кар-
данной передачи [32]. Частота вращения ротора регулируется специальным
автоматическим устройством. Молотковый ротор состоит из вала, на котором
установлены несущие диски. В отверстия дисков установлено шесть осей, на
которых шарнирно закреплено четыре молотка увеличенного размера (330 х
80 х 16 мм, масса – 2,80 кг). Привод в мобильном варианте, который главным
образом используется в лесном хозяйстве, осуществляется от ВОМа - трак-
тора МТЗ-80. В стационарном варианте привод осуществляется от электро-
двигателя, мощностью 60 кВт. При измельчении древесной зелени указан-
ным устройством она измельчается до размеров 20 – 50 мм.
1 - äíèùå; 2 - îòñåêàòåëü; 3 âàë; 4 - ìîëîòîê;
5 - äèñê íåñóùèé; 6 - øêâîðåíü; 7 - ãðåáåíêà;
8 - ðàìà; 9 -áîêîâèíà; 10 ðåøåòî
1
2 3
4 5
6
7
10
9
8
ÈÒÐ-165
Рисунок 1.32 – Схема рабочего органа измельчителя ИТР-165
Рабочий орган измельчителя грубых кормов ИГК-30Б [32] состоит из
ротора, на котором могут устанавливаться 25 лопаток (для измельчения
влажного материала). На роторе лопатки размещаются так, чтобы число ко-
личества штифтов между соседними лопатками было одинаковым (по внеш-
нему ряду – 19 и 9 – по внутреннему). Измельчающий орган представляет

66
собой жестко закрепленный на валу диск, на котором по концентрическим
окружностям располагаются в три ряда 105 стальных заостренных штифта.
Такие же штифты установлены на неподвижной деке. Рабочий процесс из-
мельчения осуществляется между подвижными и неподвижными штифтами.
Стебельчатый материал при этом разрывается при изломе и перетирается.
Энергоемкость данного устройства при измельчении соломы повышенной
влажности (более 30 %) составляет от 7,2 до 16 кВт ⋅ ч/т.
Ротор дробилки ФГФ-120МА (Болгария) [30] представляет собой вал
с несущими дисками с восемью осями, на которых шарнирно закреплено 120
измельчающих молотков. Удаление измельченного материала из рабочей ка-
меры осуществляется струей воздуха, создаваемой вентилятором.
Рабочий орган передвижной дробилки ДИП-2, которая применяется
для измельчения пустынной колючки, состоит из ротора с четырьмя ножами
и подвешенных пакетов молотков. Предварительно измельченные ветви пус-
тынной колючки подаются в горловину дробилку, рубятся ножами ротора, а
затем окончательно разбиваются молотками и лопатками и выбрасываются
через выгрузную трубу в тракторный прицеп. Работает указанная дробилка в
агрегате с трактором класса 9 – 14 кН.
Ротор молотковой дробилки РЗ-ДДС [30,31] состоит из вала с несу-
щими дисками, на которых шарнирно установлены молотки. Параметры ра-
бочего органа: производительность (при измельчении соломы) – 2 т/ч; диа-
метр ротора – 610 мм; ширина ротора - 486 мм; частота вращения ротора –
2000 мин-1
; число молотков – 112; размеры молотков – 200 х 60 х 6 мм; мощ-
ность электропривода – 30 кВт.
В дробилках зарубежного производства роторный рабочий орган по
своей конструкции аналогичен рабочему органу дробилки ИРТ-165 (рисунок
1.19). Например, в дробилках “800”, “XG40”, “900B” фирмы “Farmhand”
(США) используются роторы со сменными решетами. Параметры ротора:
диаметр – 533 мм; частота вращения – 2000 – 2300 мин-1
; мощность привода
44 – 128 кВт.
Существуют конструкции измельчителей, в которых на роторе вместо
молотков устанавливаются штифты. В частности, такие роторы применяются
для измельчения корнеклубнеплодов. По данным Детлефа и Кауса [30], оп-
тимальными конструктивными параметрами штифтовых измельчителей яв-
ляются: для режущих элементов – угол клина 20 – 30 0
; ширина рабочего эле-
мента - 5 мм; скорость измельчения – 10 м/с; для разрывающих элементов –
ширина составляет от 5 до 10 мм; скорость измельчения – 20 м/с. Испытания
показали, что штифтовые измельчители надежно работают только при руч-
ной загрузке с тщательным удалением посторонних предметов. При механи-
зированной загрузке материала лучшие результаты по надежности показали
молотковые дробилки. В измельчителе ИКС-5,0М молотки выполнены пря-
моугольной формы с клинообразной передней гранью.
Для измельчения засоренных пищевых отходов ВНИИМЖем выпус-

67
каются безколосниковые прямоточные дробилки ДБУ-30. В этой дробилке
измельчаемая масса загружается через загрузочную горловину, установлен-
ную с одного конца корпуса, а выгрузная горловина – с другого. Внутри
дробильной камеры на осях шарнирно закреплены молотки. Пищевые отхо-
ды измельчаются до фаршеобразной массы.
Наиболее сложными по конструкции выполнены роторные рабочие
органы универсальных измельчителей-смесителей. Они используются для
измельчения различных кормов и смешивания их с добавками. Часто такие
измельчители снабжаются несколькими роторами. Так, ротор измельчителя-
смесителя агрегата АПК-10 (рисунок 1.33) состоит из вала, на котором уста-
новлено по десять круглых и треугольных несущих дисков. Между круглыми
дисками на осях жестко установлено 54 ножа, режущие кромки которых на-
плавлены сормайтом и повернуты на 15 0
относительно радиальной плоско-
сти. От осевого смешения на осях ножи удерживаются распорными втулка-
ми. В средней части ротора на трех осях шарнирно закреплено 27 молотков,
верхняя часть которых повернута на 30 0
относительно радиальной плоско-
сти, что обеспечивает осевое перемещение измельчаемого материала и пода-
чу его к швырялке, которая удаляет измельченный материал из измельчителя.
Стебельчатые материалы поступают в измельчитель в зону ножей, где они
после предварительного измельчения поступают в зону работы молотков, ко-
торыми дополнительно расщепляются вдоль волокон и смешиваются с кор-
неклубнеплодами.
Степень измельчения материала регулируется изменением числа ус-
тановленных ножей на роторе или регулировкой зазора между подвижной
декой и концами ножей.
Измельчители, выпускаемые СКТБ «Дезинтегратор», имеют по два
пальцевых ротора, которые вращаются в разные стороны и имеют индивиду-
альные приводы. Такая кинематика вращения роторов обеспечивает самую
высокую скорость измельчения – в пределах от 100 до 150 м/с. Подаваемые в
центр дисков измельчаемые материалы под действием центробежной силы
поступают к пальцам, где разрушаются ударным воздействием и отбрасыва-
ются на последующие ряды пальцев. Процесс измельчения в таких устройст-
вах носит импульсный характер. Применяются для измельчения зернофуража
(рисунок 1.34). Следует сказать, что такая большая скорость взаимодействия
рабочих органов существует только между двумя движущимися навстречу
друг другу дисками. Если же определить скорость взаимодействия рабочих
органов с предметом труда, то она будет иметь значительно меньшие значе-
ния.
Интересны конструкции измельчителей-деструкторов, применяемых
для изменения анатомо-морфологического строения измельчаемого материа-
ла методом термодинамической обработки (НИИ Лесостепи и Полесья, Ук-
раина) [2]. Измельчитель представляет собой корпус с приемной и рабочей
камерами.

68
1 - øâûðÿëêà; 2 - ìîëîòêè; 3 - íîæè
Ðîòîð àãðåãàòà ÀÏÊ-10À
À Á
Á
2 3
Á-Á
1
À-À
Рисунок 1.33 – Схема роторного рабочего органа агрегата АПК-10А
5
4
3
2
1
ÓÄÀ-5:
3 - êîðïóñ; 4 - ïàëüöû;
5 - ïðèåìíûé áóíêåð;
6 - ãîðëîâèíà âûãðóçíàÿ
1 - ðîòîð ïàëüöåâûé; 2 - ïðèâîä;
Рисунок 1.34 - Схема дезинтегратора

69
В корпусе установлен вал с закрепленным на нем питающим одноза-
ходным шнеком и промежуточными конусными втулками. На внутренней
поверхности рабочей камеры установлены ножи. На роторе установлены из-
мельчающие рабочие органы с образованием двух смещенных одной относи-
тельно другой дугами, сочетающимися с прямыми линиями. Рабочая камера
измельчителя выполнена в виде сплошного цилиндра, снабженного системой
пазов. Внешняя часть рабочей камеры выполнена ребристой. Измельчающие
органы смещены один относительно другого на угол 5 – 45 0
по направлению
витков, с образованием двух винтовых каналов. Между ротором и рабочей
камерой образован зазор ступенчатой формы. Измельчаемый материал в ра-
бочей камере деформируется без разделения на части и под воздействием
деформаций сдвига в нем происходят структурные изменения. В локальных
участках измельчаемого материала температура повышается до 120 0
С. При
резком сбросе давления в ступенчатой рабочей камере вода, находящаяся в
материале, быстро вскипает и, испаряясь, разрушает внутреннюю структуру
материала. Затем материал измельчается ножами до необходимых размеров
частичек. Описанный выше термодинамический процесс применяется для
дробления влажной соломы (25 – 60 %) с использованием щелочных добавок
[2].
1.4.3 Анализ конструктивных особенностей рабочих
органов газонокосилок
Анализ научно-технической и патентной информации по конструкци-
ям рабочих органов газонокосилок показывает, что их роторные рабочие ор-
ганы выполняют рабочий процесс кошения по двум основным технологиче-
ским схемам: опорное перерезание материала удельным давлением на сте-
бель; бесподпорное измельчение материала рубящим действием. При опор-
ном перерезании стеблей рабочие органы снабжаются противорежущими
элементами, которые совместно с ножом выполняют функцию режущей па-
ры. По принципу бесподпорного резания лезвием функционируют рабочие
органы газонокосилок с плосковращательными режущими аппаратами. Кон-
струкции таких рабочих органов довольно просты. В основу конструкции
положен нож, вращающийся в горизонтальной плоскости. Исходя из техно-
логических требований, предъявляемых к кошению газонов, вытекает требо-
вание к кинематики ножа. Для качественного реза необходима частота вра-
щения ножа в пределах от 1400 до 5000 мин-1
. Число ножей, как правило, ог-
раничено.
По принципу подпорного резания работают газонокосилки с цилинд-
рическими режущими аппаратами. Их конструктивное устройство аналогич-
но устройству рабочих органов кормоуборочных машин (1.1.2).
Рабочие органы газонокосилок классифицируются по ширине захва-
та: малой производительности – до 0,3 м; средней – 0,3 – 0,6 м; высокой –

70
свыше 1,0 м. Для газонокосилок второго класса нормируются следующие па-
раметры: установочная мощность привода (электрического двигателя или
двигателя внутреннего сгорания) не превышает 6 кВт, общая масса – 50 кг;
производительность – 800 м2
/ч [12,43]. К данному классу можно отнести ко-
силки ГСК-0,5, СК-15, «Лой Бой», «Рото-Хоу» (США), «Ронсомес» (Анг-
лия), «Флимо» (Франция) и др. Газонокосилки данного класса перемещаются
по поверхности оператором.
Газонокосилки повышенной производительности устанавливаются,
как правило, на специальных шасси или тракторах. Ширина захвата рабочих
органов косилок превышает 1 м. Мощность привода находится в пределах от
7,0 до 25 кВт, производительность до 2000 м2
/ч. К этому классу можно отне-
сти косилки «СГ», СК-15, КГБ, «Якобсон Менор» (Швейцария), «Хако»
(ФРГ), «Сейведж» (США) и др. Такие косилки агрегатируются с трактором и
могут содержать несколько рабочих органов, используются для стрижки га-
зонов большой площади, аэродромов и футбольных стадионов. Общая шири-
на сцепки может достигать 12 м. Их производительность может составлять
до 10000 м2
/ч.
Подвеска рабочих органов к раме машины выполняется либо по же-
сткой схеме, либо они имеют плавающую подвеску. Применение последнего
варианта позволяет им копировать неровности газона, избирательно обраба-
тывать склоны, осуществлять фигурную подрезку газона, например, в шах-
матном порядке на стадионах.
Конструктивно режущие рабочие органы газонокосилок выполнены
по двум конструктивным схемам: режущие рабочие органы имеют несущую
часть, на которой смонтированы режущие элементы; режущие органы без не-
сущей части. При первой схеме несущая часть выполняется в виде кольца с
приваренным к нему куполом (часто выполняется штамповкой, как одно це-
лое). На несущей части ротора устанавливаются режущие элементы (трапе-
циевидные или прямоугольные). Число режущих элементов колеблется от 3
до 6. С поверхностью газона вступают в контакт только режущие элементы.
Режущие рабочие органы с несущей частью установлены в газонокосилках
ГКР-0,5 и во многих зарубежных аналогах. Преимуществом такого режущего
органа является возможность полной или выборочной замены изношенных
режущих элементов без замены несущей части. Режущие элементы роторов с
несущей частью обычно взаимозаменяемы. Часто используются сельскохо-
зяйственные нормализованные сегменты косилок.
Режущий рабочий орган без несущей части конструктивно выполня-
ется в виде плоского ножа. Анализ конструкций рабочих органов газоноко-
силок показывает, что наибольшее распространение в газонокосилках полу-
чили конструкции плоских ножей прямоугольной формы (рисунок 1.35).
Ножи часто выполняются с реверсивным вращением. В этом случае заточку
ножа выполняют двухсторонней. Газонокосилки, оснащенные плоскими но-
жами, имеют большую ширину захвата. Часто устанавливают несколько но-

71
жей в ряд или в другом порядке. Для придания ножу жесткости и создания
благоприятного воздушного потока в измельчителе ножи выполняются с от-
штамповкой или отгибами на каждой лопасти (рисунок 1.35). Обычно ножи
выполняют нормальное резание травостоя (рубка). Ножи с криволинейным
лезвием большого распространения в конструкциях рабочих органов газоно-
косилок большого распространения не получили [32].
Режущие ножи газонокосилок некоторых типов, кроме технологиче-
ских, выполняют транспортные функции, например, перемещают срезанные
частицы в специальные емкости.
Для предотвращения поломок ножей при столкновении их с трудно-
измельчаемыми предметами, ножи крепятся к ротору шарнирно. Подобную
конструкцию имеет ротор газонокосилки ГКР-0,4. Ножи выполнены в виде
прямоугольных пластин с заточенными боковыми гранями и отверстием на
одной из торцевой поверхности. Шарнирно нож закрепляется на несущем
диске. На газонокосилках “Colibri” и B 325 серии “Partner” фирмы
“Husqvarna – Thomesto” устанавливается гибкий измельчающий рабочий ор-
ган.
Анализ патентной документации показывает, что изобретены конст-
рукции режущих аппаратов дискового типа, режущее лезвие которых выпол-
нено по различным кривым (спираль Архимеда), которые выполняют резание
со скольжением. Такие аппараты позволяют выполнять качественное коше-
ние газонов при небольших скоростях взаимодействия рабочих органов с
предметом труда. М.М. Шумковым предложена конструкция режущего ап-
парата планетарного типа, сочетающего в себе преимущества дисковых и
плосковращающихся режущих аппаратов (рисунок 1.36) [43].
Ðàáî÷èé îðãàí ìàøèíû äëÿ êîøåíèÿ ãàçîíîâ "Ëîí-Áîé" (ÑØÀ)
Рисунок 1.35 – Схема плоского прямоугольного рабочего органа

72
3
â
R Vì
1
Àí
D
2
Á
Рисунок 1.36 – Схема планетарного роторного рабочего органа:
1 – нож дисковый; 2 – водило; 3 – ротор.
Дисковый нож движется по планетарной траектории, принудительно
вращаясь одновременно вокруг центра диска А и оси вращения ротора Б. Ра-
бочий орган движется поступательно со скоростью Vм. Проектными пара-
метрами являются диаметр диска D и радиус вращения водила R. Скорость
взаимодействия диска с предметом труда существенно возрастает, причем
резание осуществляется со скольжением при переменных значениях угла и
коэффициента скольжения.
В таблице 1.19 приведены технические параметры пешеходных газо-
нокосилок, а в таблице 1.20 - самоходных .
Анализ данных таблиц показывает, что технические параметры рабо-
чих органов газонокосилок изменяются в широких пределах.
Для кошения трав и кустарника применяют сельскохозяйственные
роторные косилки, роторы которых монтируются на брусе. В дисковых ап-
паратах с нижним приводом роторы устанавливаются на верхней части ко-
робчатого бруса, внутри которого проходит привод рабочих органов. Напри-
мер, у косилки КРН-2,1Н скошенная растительность проходит поверх бруса.
Ширина захвата данной косилки равна 2.1 м, масса – 510 кг, а число роторов
– 4. Передача вращения к рабочим органам выполняется клиноременной пе-
редачей. Роторные косилки применяются на высокоурожайных площадях и

73
используются на повышенных (до 15 км/ч) скоростях движения. В косилках с
верхним приводом роторы установлены на вертикальных консольных валах,
на нижних концах которых смонтированы несущие диски с шарнирно закре-
пленными ножами. Верхний привод монтируется на брусе, через который
проходит скошенная масса.
Таблица 1.19 - Технические параметры рабочих органов
пешеходных газонокосилок [12,16,20,24,43]
Параметры КГБ КГ-1000 КГ-0,5 СК-20 СК-15 КМП-1
Тип привода Безмо-
торная
Электро-
двигатель
“Дружба –
4”
“Дружба –
4”
“Дружба
– 4”
“Дружба –
4”
Мощность при-
вода, кВт
- 1,0 3,3 3,3 3,3 3,3
Тип режущего
аппарата
Цилинд-
рический
с 5 - спи-
ральными
ножами
Плоско-
враща-
тельный
Плоско-
вращатель-
ный
Плоско-
враща-
тельный
Плос-
ковра-
щатель-
ный
Возврат-
но-
поступа-
тельный
плоско-
стной
Ширина захва-
та, м
0,35 0,3 0,5 0,5 0,5 1,0
Производи-
тельность, м2
/ч
150 – 200 До 150 До 200 700 780 2900
ния рабочего
органа, мин-1
- 1400 4000 4000 4000 1000-2980
Высота срезае-
мого травостоя,
мм
100 120 120 120 120 120
Масса, кг 11,5 36 30 14 45 72
В зарубежных косилках получила распространение конструкция ко-
силок с верхним приводом (ширина захвата - св. 3 м), которая обладает
меньшей металлоемкостью. Конструктивно ножи выполняются в виде пря-
моугольной пластины, заточенной с двух сторон. По мере затупления ножи
переставляются и поворачиваются на 1800
. Число роторов на одном брусе со-
ставляет от 4 до 8, а число ножей на роторе - от 2 до 3. Скорость резания в
сельскохозяйственных зарубежных косилках доходит до 100 м/с.
Для кошения газонов и в других труднодоступных местах применя-
ются косилки зарубежного производства, на роторах которых смонтированы
гибкие измельчающие элементы. Такие рабочие органы позволяют обкаши-
вать древесные и кустарниковые растения без их повреждения. Эксплуатация
косилок в УЗС г. Красноярска показала, что долговечность гибких рабочих
органов не превышает 50 часов.

74
Таблица 1.20 - Технические параметры самоходных газонокосилок
[12,16,20,24,43]
Параметры СГ СГК-1 КГШ-1,5 «Таф-
фкинг»
(США)
«Мариба»
(Швейца-
рия)
Базовое шасси Специ-
альное,
самоход-
ное
Специальное,
самоходное
Т-16 Трактор Трактор
Тип режущего аппара-
та
Плоско-
враща-
тельный
Плосковра-
щательный
Плоско-
враща-
тельный
Цилиндри-
ческий со
спираль-
ными но-
жами
Цилиндри-
ческий со
спираль-
ными но-
жами
Навеска рабочего ор-
гана
Спереди
шасси
Между коле-
сами шасси
Между
колесами
шасси
Прицепной
(5 бараба-
нов)
Прицепной
Число ножей 2 1 3 5 на бара-
бане
6 на бара-
бане
Общая ширина захва-
та, мм
1000 850 1500 До 2150 До 6 м
Марка двигателя ТГ-200 - УД-25 Д-21А1
Мощность, кВт 7,36 5,88 18,4 6,35 50
Частота вращения ро-
тора, мин-1
, макс.
2320 3000 3414
Скорость движения,
км/ч
5,36 7,2 6,25
Производительность,
м2
/ч
3760 4000 9370 10000 10000
Масса, кг 350 280 1616 260 2250
1.5 Обзор конструктивных особенностей роторных рабочих
органов, разработанных кафедрой ПЛО СибГТУ
На кафедре проектирования лесного оборудования СибГТУ ведутся
разработки роторных рабочих органов. Ниже представлены некоторые разра-
ботки, выполненные при участии автора либо студентами под руководством
автора. Основные направления работ: разработка новых рабочих органов,
имеющих существенные конструктивные отличия (роторы с шарнирно при-
крепленными измельчающими элементами, рабочие органы с гибкими эле-
ментами, роторы с упругим креплением измельчающих элементов); интен-
сификация рабочих процессов, выполняемых роторами, засчет увеличения
скорости взаимодействия измельчающих элементов с предметом труда, при-
дания им колебательных движений, оптимизации (по энергоемкости измель-
чения) геометрической формы, размеров, числа, углов заточки измельчаю-

75
щих элементов; адаптация известных конструкций рабочих органов для их
применения в садово-парковом строительстве, снабжение их новыми приво-
дами, компоновка их на новых базах; создание графической и методологиче-
ской базы данных для автоматизированного проектирования.
На рисунке 1.37 представлена схема универсальной роторной косил-
ки для садово-паркового строительства, устанавливаемой на базе шасси Т-16
при помощи манипулятора, заимствованного от погрузчика ПГ- 0,2. Косилка
может использоваться для кошения травостоя, кустарника, поросли деревьев
на газонах и обочинах дорог, в кюветах и канавах, на бровках и насыпях, а
также для кронирования деревьев и кустарников. Для привода рабочего ор-
гана на шасси устанавливается насосная станция.
3 - ðàáî÷èé îðãàí
(ðàçðàáîòàë Àêèìîâ )
1 - áàçîâûé òðàêòîð; 2 - ìàíèïóëÿòîð
Ðèñóíîê 1.37 - Ñõåìà óíèâåðñàëüíîé ðîòîðíîé êîñèëêè
3
2500
1
2
Âèäû âûïîëíÿåìûõ ðàáîò
69002800
Рисунок 1.37 – Универсальная роторная косилка

76
Привод рабочего органа, общий вид которого показан на рисунке
1.38, осуществляется от гидромотора (210.16.12). Навеска на манипулятор
выполнена в виде шарниров, обладающих двумя степенями подвижности.
Это позволяет рабочему органу выполнять свои функции на работах, схемы
которых показаны на рисунке 1.37, с одной установки машины (кронирова-
ние деревьев и кустарников, работа на склонах, выкашивание растительности
в котлованах и других углублениях). Поворот рабочего органа в вертикаль-
ной плоскости, проходящей через манипулятор, осуществляется при помощи
гидроцилиндров. Для повышения устойчивости машины на шасси устанав-
ливаются противовесы. Разрабатывается вариант косилки на железнодорож-
ной платформе.
Рабочий орган (рисунок 1.38), относящийся к группе плосковраща-
тельных механизмов, представляет собой диск диаметром 1000 мм, на кото-
ром при помощи специальных цанговых замков закреплено четыре гибких
рабочих органа, выполненные из стальных канатов. Диск установлен на вер-
тикальном валу, вращающимся на подшипниках в стакане, закрепленном в
люльке. Снизу и сверху рабочий орган закрыт кожухом, из которого высту-
пают только гибкие измельчающие элементы. Частота вращения рабочего
органа составляет 28800 об/мин; скорость резания - 41 м/с; скорость надви-
гания – 1,2 м/с; производительность – до 4000 м2
/ч. Гибкие рабочие ораны
позволяют производить обработку поверхностей, изобилующей трудноиз-
мельчаемыми предметами (камни, осколки стекла, остатки строительного
мусора), а также повышают надежность функционирования. Гибкие измель-
чающие элементы выполнены быстросъемными, что позволяет быстро их за-
менять при ремонте. Долговечность канатных гибких рабочих органов со-
ставляет до 48 часов при работе на городских газонах.
Разрабатывается оригинальная конструкция роторного рабочего органа с
упругим креплением к несущим дискам измельчающих ножей, обеспечи-
вающая увеличение скорости вибрационного взаимодействия измельчающих
элементов с почвой, без увеличения скорости вращения ротора.
Лесотехнической академией (Санкт-Петербург), при участии автора,
разработана машина для уборки опавших листьев, оборудованная ротор-
ным рабочим органом [Лесное хозяйство, № 11, 1983. - C. 59 – 60]. На ри-
сунке 1.39 показана разработанная машина на испытаниях (фото автора).
Машина агрегатируется с трактором Т-25. Рабочий орган выполнен в виде
ротора с большим числом подпружиненных металлических частей и прикре-
плен к раме шарнирно с двумя степенями свободы. Это обеспечивает хоро-
шее копирование рабочим органом микрорельефа обрабатываемой поверхно-
сти. Собранные растительные остатки грузятся на транспорт и используются
на удобрения или для нужд кормопроизводства. Частота вращения рабочего
органа – 95 р/с; ширина захвата – 1,3 м; емкость бункера – 3 м3
; рабочая ско-
рость – 1,3 – 1,6 м/с; сменная производительность – 1,6 га (4,5 т).

77
460
Ãèäðîìîòîð210.16.12
Ïîäâåñêà
Ðèñóíîê1.38-Ñõåìàðîòîðíîãîðàáî÷åãîîðãàíàóíèâåðñàëüíîéêîñèëêè
340
80
300
Êîïèð
500
50
ÂàëðîòîðàÐîòîð
Ãèáêèéðàáî÷èéîðãàí
Êîæóõ
400
Ñèñòåìàîïîðíàÿ

78
Рисунок 1.39 – Испытания машины для уборки листьев ЛУМ-1,3
( фото автора)
Описанная выше машина не решала всего комплекса работ по уборке
опавших листьев в парках: оставались непроизводительные расходы, связан-
ные с транспортировкой собранных листьев и органических удобрений, су-
ществовали потери фитомассы в садах и парках. По данным некоторых ис-
точников, ежегодно из парков вывозится с одного гектара до 35 т опавших
листьев, веток и сучьев от обрезки. Такое количество потерянной фитомассы
очень трудно возместить. Разработана и реализована в конструкции машины
технология уборки опавших листьев, при которой все растительные остатки
собираются, измельчаются и вносятся обратно в почву непосредственно на
месте их уборки [Пути повышения технического уровня и эффективности
машин для лесозаготовок и лесного хозяйства: Межвуз.сб. - Л.: ЛТА, 1984. –
С. 41 – 43]. Машина (рисунок 1.40) агрегатируется с трактором Т-25 и со-
держит два роторных рабочих органа. Роторный подбирающий рабочий ор-
ган идентичен по свой конструкции рабочему органу машины ЛУМ-1,3. Из-
мельчающий рабочий орган содержит ротор с несущими дисками, на кото-
рых посредством осей шарнирно закреплены ножи (А.с. СССР № 10115860,
опубликовано в БИ. 1983. - № 17). Число осей на роторе может устанавли-
ваться в пределах от 2 до 8. Измельчающие элементы изготовлялись из лен-
точного проката (ГОСТ 2283-79 и ГОСТ 4986-79). Ротор устанавливался на
подшипниковых опорах в кожухе, верхняя часть которого была цельной, а
нижняя – выполнялась в виде реккатера.

79
Рисунок 1.40 – Машина для уборки и измельчения опавших листьев
ЛУМ-1П (фото автора)
Испытания машины (рисунок 1.41) показали следующие результаты:
ширина захвата –1 м; масса – 605 кг; сменная производительность – 1, 72 га;
рабочая скорость движения агрегата – 1,2 – 1,6 м/с; степень измельчения – 9;
тяговое сопротивление трактора – 0,35 кН; мощность, снимаемая с ВОМа, –
12 кВт; чистота уборки – 85 %; энергоемкость измельчения – 50 – 90 Вт⋅с/кг
на единицу степени измельчения; скорость резания – 15 – 30 м/с; частота
вращения ротора – 1200 об/мин; влажность листьев максимальная – до 80 %.
Работоспособность устройства обеспечивалась при влажности опавших ли-
стьев 60 %, при большей влажности простои машины из-за забивки измель-
чителя составили до 60 % рабочего времени. Отказы подбирающего рабочего
органа не наблюдались.
Для устранения отмеченного недостатка в конструкцию были внесе-
ны изменения [А.с. СССР № 1077599, опубл. в БИ. 1984. № 9], суть которых
показана на рисунке 1.42. Рабочая поверхность рекаттера снабжена двумя
элементами, один из которых неподвижен 1, а другой, имеющий в попереч-
ном сечении форму части окружности 2, прижат к первому при помощи при-
жимов 3 с пружинами 4 и имеет возможность возвратно-поступательного пе-
ремещения относительно неподвижного элемента 1 посредством привода 5,
например, гидроцилиндра, причем оба элемента имеют отверстия для удале-
ния измельченных продуктов, кромки которых выполнены в виде лезвий.
Фракционный состав измельченных листьев (размеры частичек и однород-
ность измельчения) устанавливается в зависимости от степени перекрытия
отверстий элементов 1 и 2.

80
Рисунок 1.41 – Испытания машины ЛУМ-1П (фото автора)
Рисунок 1.42 – Схема конструктивного решения для
устранения забивки имельчителя

81
При испытаниях был выявлен недостаток, заключающийся в том, что
часть измельченных частичек (30 % при влажности до 80 %) задерживается
на травяном покрове, что нарушает его нормальный рост и ухудшает эстети-
ческий вид газона. Для устранения данного недостатка было предложено
конструктивное решение [А.с. СССЗ № 1083964, опубл. в БИ. № 11. 1984].
Суть технического решения понятна из рисунка 1.43. Ротор измельчителя 1 с
шарнирными ножами 2 дополнительно снабжается разбрасывателями 3,
причем при вращении ножи 2 проходят внутри перемычек 4, соединяющих
противорежущие элементы 5, имеющие в поперечном сечении форму дуги
окружности с установленными гасителями 6.
Рисунок 1.43 – Схема конструктивного решения измельчителя

82
Разбрасыватели 3 сообщают измельченным частичкам значительную
кинетическую энергию, в результате чего они не задерживаются на травяном
покрове, проваливаются на почву, где быстро перегнивают. Такое конструк-
тивное решение не ухудшает эстетический вид газона при работе машины.
Для защиты обслуживающего персонала рабочий орган снабжался отражате-
лем.
При исследованиях было выявлено, что толщина слоя опавших ли-
стьев имеет значительную неравномерность [Пути повышения технического
уровня и эффективности машин для лесозаготовок и лесного хозяйства:
Межвуз.сб. - Л.:ЛТА, 1984. - С. 50 –52]. Поток предмета труда, поступающий
в измельчитель, оценивается случайными величинами. Это ведет к перегруз-
кам и нарушению работоспособности. Для учета подобного входного воздей-
ствия было разработано конструктивное решение, схема которого показана
на рисунке 1.44 [А.с. СССР № 1083964, опубл. в БИ. № 13. 1984].
7
1 2
8
4
3
5
6
Рисунок 1.44 – Схема конструктивного решения совместного
функционирования подбирающего и измельчающего рабочих органов
Машина (рисунок 1.44) передвигается на опорных колесах 7 по по-
верхности газона или парка, при этом подборщик 1 собирает листья и подает
их на выравнивающий стол 3 с дозирующим аппаратом 4, которые обеспечи-
вают равномерную подачу листьев в измельчитель 5 (схема измельчителя по-
казана на рисунке 1.42). Отражатель 6 с регулируемым углом наклона по-
средством привода 8 обеспечивает защиту обслуживающего персонала [Ин-
формационный листок № 181-87 Красноярского ЦНТИ, 1987].
Установлено, что лесные почвы отличаются большим числом древо-

83
видных включений, прочностные свойства которых значительно выше ос-
новной массы почвы. Теоретическими исследованиями было доказано, что
величина разрушающих напряжений в почве от взаимодействия с ней из-
мельчающих рабочих органов пропорциональна скорости приложения на-
грузки. Для экспериментального подтверждения данного положения была
разработана конструкция ротора с упругим креплением измельчающих рабо-
чих органов (рисунок 1.45). Технический результат достигается за счет уве-
личения линейной скорости вхождения измельчающих рабочих органов в
почву при прежней частоте вращения ротора.
6
7
À
1
À
2
3
5
4
À-À
Рисунок 1.45 – Схема роторного рабочего органа для
измельчения почвы с древовидными включениями
Для достижения технического результата в рабочем органе (рисунок
1.45), состоящем из корпуса 1, вала 2, с установленным на нем несущими
дисками 3, посредством упругих элементов 4 закреплены измельчающие но-
жи с роликами 5, контактирующими в процессе вращения ротора (показано
стрелкой) с профильными уступами 6. Вращение рабочий орган получает от
привода 7. Упругие элементы 4 выполнены в виде металлических стержней с
прямоугольным поперечным сечением, причем большая сторона направлена
поперек вращения. При вращении ротора измельчающие ножи с роликами 5
под действием центробежной силы стремятся переместиться к периферии
корпуса 1. Данное движение придает продольной оси упругих элементов 4
форму прямой линии, которая направлена нормально продольной оси враще-
ния ротора.
В момент времени, когда очередной ролик начинает контактировать
с профильным уступом 6, выполненными по форме четверть синусоидаль-

84
ными, его (ролика) скорость движения замедляется при прежней скорости
вращения вала ротора 2. В результате такого взаимодействия упругий эле-
мент 4 изгибается в плоскости вращения, продольная ось его приобретает
форму кривой, выпуклая часть которой направлена в сторону вращения. В
результате этого в упругих элементах запасается потенциальная энергия уп-
ругих деформаций.
В момент времени, когда очередной ролик резко соскальзывает с
профильного уступа, скорость его движения начинает увеличиваться, запа-
сенная потенциальная энергия переходить в кинетическую, а продольная ось
упругого элемента распрямляться. В момент вхождения измельчающего но-
жа 5 в почву его линейная скорость становится больше линейной скорости
точки, принадлежащей воображаемой окружности, проходящей через концы
всех измельчающих элементов. В результате процесс взаимодействия из-
мельчающих ножей с почвой приобретает ударный характер, что способству-
ет разрушению твердых комков и перерубанию древовидных остатков и кор-
ней. Колебания измельчающих ножей способствуют интенсивному вхожде-
нию их в почву и рыхлению. В почве колебания упругих элементов затухают
за счет сил сопротивления почвы измельчению. После выхода измельчаю-
щих ножей из почвы продольная ось упругих элементов приобретает прямо-
линейную форму, а колебания прекращаются. Поскольку форма поперечного
сечения упругих элементов прямоугольная, то колебания измельчающих
ножей будут осуществляться только в направлении меньшей жесткости, т.е. в
плоскости вращения. Форма профильных уступов обеспечивает плавное на-
растание упругих деформаций.
Анализ разработанных конструкций роторных рабочих органов вы-
полняется на ЭВМ с применением систем автоматизированного проектиро-
вания (САПР, CAD). Для моделирования и конечно-элементного анализа
применяются программные пакеты зарубежной разработки. Суть апробируе-
мой методики заключается в том, что на начальном этапе в графических па-
кетах создается объемная модель роторного рабочего органа, которая затем
транслируется в международном формате обмена описаниями объемных мо-
делей (SAT) в пакеты моделирования и расчетов. Известные системы позво-
ляют проводить статические, динамические, линейные и нелинейные проч-
ностные расчеты, исследовать формы и частоты колебаний, выполнять дина-
мический, частотный и тепловой анализ конструкций, а также осуществлять
оптимизацию проектных решений и параметров. Имеются большие возмож-
ности по представлению результатов расчетов напряжений, деформаций и
перемещений в виде таблиц, графиков, визуализации закрашенных полей,
анимации. Нагрузки на модели задаются в виде сил и моментов ( в т.ч. рас-
пределенные по длине и по поверхности), кинематического (несилового) воз-
действия (ускорения, скорости и перемещения), а также тепловые воздейст-
вия (температура, тепловыделения, тепловой, конвективный и радиационный
потоки).

85
2 Параметрический анализ роторных рабочих
органов лесохозяйственных машин
Параметрический анализ уже проводился при анализе вариантов кон-
структивных решений роторных рабочих органов, изложенном в разделе 1.
Однако тогда нас интересовали относительные и сравнительные значения
параметров проектирования. Проведенный анализ показал, что обычно обос-
новываются технологические параметры функционирования роторных рабо-
чих органов, которые зачастую выступают в качестве параметров назначе-
ния. В практике проектирования используются методы, при которых рабо-
чий орган разбивается на элементы, параметры которых обосновываются без
учета требований, предъявляемых к рабочему органу, как сложной техниче-
ской системе. В условиях проектирования сложных технических систем та-
кой способ приводит к негативным последствиям.
На этапе параметрического анализа устанавливаются абсолютные
(числовые) значения параметров роторных рабочих органов. Параметры, оп-
ределяющие элементы рабочих органов, по своей значимости относятся к
определяющим (главный и основные параметры) и второстепенным. Боль-
шинство авторов относят к главному параметру производительность рабо-
чих органов, как параметр, наиболее полно отражающий потребительские
свойства всей машины [47,53,92,112]. Проведенный анализ опубликованных
работ показывает, что в практике проектирования встречаются два типа за-
дач: 1 Разработка объекта проектирования, имеющего аналог, выбором ос-
новных параметров внутри параметрического ряда; 2 Разработка новых объ-
ектов при недостаточности информации об объекте проектирования и об
аналогичных системах.
Анализ литературных источников показывает, что до настоящего
времени не разработано единого параметрического ряда роторных измель-
чающих рабочих органов. В машиностроении для кормопроизводства при-
меняется типоразмерный ряд измельчителей (Резник Е.И. Типоразмерный
ряд дробилок и погрузчиков-измельчителей грубых кормов //Тракторы и с.-
х. машины. – 2001. - № 7), привязываемый к типоразмерам ферм скота, а за
основной конструктивный параметр принимается величина площади диамет-
рального сечения ротора, которая рассчитывается по корреляционным зави-
симостям. Расчет параметров измельчителей на основе корреляционных за-
висимостей дает некоторые усредненные показатели и ограничивает усовер-
шенствование конструкций. Представляет интерес метод расчета и оптими-
зации основных параметров на основе удельных показателей, которыми
можно оценивать объекты, входящие в различные типоразмерные ряды и
типы машин [117,121,133,136].
При разработке параметрического ряда по главному параметру задача
конструктора сводится к выбору параметров внутри параметрического ряда.
Для многих машин типоразмеры задаются стандартами. При расчетах часто

86
используются статистические зависимости основных параметров от главного
параметра машины. Автоматизированные методы параметрического проек-
тирования довольно досконально разработаны для стандартных изделий и
конструктивных элементов деталей. Описанный выше способ проектирова-
ния в лесохозяйственном машиностроении используется недостаточно широ-
ко. При проектировании роторных рабочих органов получил распростране-
ние способ, при котором задача решается в два этапа: 1. Разработка матема-
тической модели рабочего органа; 2. Оптимизация проектных параметров.
Математическая модель описывает зависимости между параметрами проек-
тирования (состояния, управления, эффективности).
2.1 Параметры проектирования
Следует отличать параметры проектирования, относящиеся к проек-
тируемому объекту (технической системе) и параметры, относящиеся к тех-
нологическому процессу и предмету труда.
Анализ параметров рабочих органов почвообрабатывающих машин
показывает, что их производительность чаще всего измеряется в единицах
площади обработанной поверхности за единицу времени [105,108]. По наше-
му мнению, такой параметр не позволяет оценивать рабочие органы, уста-
навливаемые в различных машинах, и не несет информацию о качестве из-
мельчения. Приведенная в литературных источниках информация позволяет
нам пересчитать производительность рабочих органов почвообрабатываю-
щих машин и выразить ее размерность в кг/с
Q = Vп · L · a · γ,
где Vп – поступательная скорость движения почвообрабатывающего
агрегата, м/с; L – ширина захвата фрезы (длина ротора), м; а – глубина обра-
ботки почвы, м; γ - плотность почвы, кг/м3
.
Для рабочих органов, установленных параллельно и предназначенных
для междурядной обработки почвы, в вышеуказанную формулу следует под-
ставлять ширину захвата одного органа, умноженную на количество рабо-
чих органов. В качестве основного конструктивного параметра роторных ра-
бочих органов может выступать объем воображаемого цилиндра, образую-
щая которого проходит по концам измельчающих элементов. В первом при-
ближении его можно принять равным объему рабочей камеры измельчите-
лей.
Предельные значения параметров проектирования
Рассчитанные предельные значения основных параметров рабочих
органов по однотипным машинам приведены в таблице 2.1.

87
Таблица 2.1 – Основные предельные параметры роторных рабочих органов лесных машин
[1,7,8,10,1143},20,21,23,24,26,29,30,31,33,34,112,133]
Наименование
параметра
Почвообрабаты-
вающие машины
(фрезерные)
Машины для ле-
сорасчистки
Каналоочистители и
канавокопатели
Лесопожарные
машины
Измельчители
зелени
Рубитель-
ные маши-
ны
1 Производитель-
ность, кг/с
6,0 / 220 0,2 / 270 8,0 / 52 6,0 /260 0,1 / 75 1,5 / 50
2 Рабочий объем,
м3
0,01 /1,0 0,01 / 4,0 0,01 / 0,4 0,01 / 0,4 0,01 / 0,8
3 Диаметр рото-
ра, мм
200 /1000 200/ 1500 500 / 1200 240 / 750 200 / 500 500 / 1600
4 Длина ротора,
мм
250 / 1200 15 / 2300 60 / 350 350 / 750 200 / 750 250 / 500
5 Скорость измель-
чения. м/с
0,25 / 15 0,5 / 12 0,30 / 8,0 2,5 / 7,5 8,0 / 30
6 Масса ротора
конструктивная, кг
20 / 1500 0,4 / 2200 120 / 1200 35 / 780 56 / 720
7 Марки машин 21-М / ФЛШ-1,2 «Секор-3» / МНФ-
500А
КНК-15 / МР-12А ПЛМ-0,4 / ГТ-3 «Дружба-4» /
ОДЗ-3,0
8 Мощность при-
вода, кВт
0,27 / 85 3 / 120 30 / 120 4,0 / 120 3 / 24 55 / 250
9 Количество из-
мельчающих эле-
ментов, шт.
2 / 120 3 / 450 3 / 120 4 / 68 4 / 24 4 / 16
10 Количество
роторов в машине
1 / 2 1/ 2 1 / 2 1 / 2 1 / 3
Примечание: в числителе – минимальные значения; в знаменателе - максимальные

88
Анализ технических данных, приведенных в таблице 2.1 показывает,
что параметры роторных рабочих органов лесных машин изменяются в ши-
роких пределах. Для почвообрабатывающих машин, применяемых в лесном
хозяйстве, существует типоразмерный ряд фрез. Для работы в защищенном
грунте, в городских зеленых насаждениях, при тушении пожаров использу-
ются малогабаритные фрезы с горизонтальным расположением ротора с
электроприводом, или на базе мини трактора. Проведенный анализ конструк-
тивных параметров роторных рабочих органов показывает, что наибольшее
распространение получила классификация рабочих органов по технологиче-
ским параметрам. Максимальные значения параметров проектирования при-
сущи рубительным машинам.
Как ранее было отмечено, в зависимости от характера взаимодействия
измельчающих рабочих органов с предметом труда, различают резание лез-
вием (со скольжением и нормальное), пуансоном и резцом, измельчение уда-
ром, дробление, раскалывание, истирание и крошение. Способ взаимодейст-
вия определяется свойствами измельчаемого материала, механикой протека-
ния процесса и технологическими требования, предъявляемыми к измель-
ченному материалу. По принципу измельчения пуансоном работают измель-
чители древесной зелени, кормоуборочные машины, газонокосилки и др. Та-
кие измельчители снабжаются противорежущими элементами. По принципу
измельчения ударом функционируют рабочие органы роторных измельчите-
лей древесной зелени, древесины, газонокосилок и др.
Параметры измельчаемого материала оцениваются его структурой,
влажностью, гаранулометрическим составом, плотностью, твердостью, за-
грязненностью инородными включениями, коэффициентами внешнего и
внутреннего трения, углом естественного откоса, прочностью и сопротивле-
нием измельчению. К механическим свойствам, определяющим процесс из-
мельчения, относят модуль упругой деформации, коэффициент Пуассона,
разрушающее напряжение, критическое усилие резание и др.
К параметрам, определяющим механику взаимодействия роторных
рабочих органов с предметом труда, следует отнести скорость взаимодейст-
вия измельчающих рабочих органов с предметом труда, ориентацию ротора в
пространстве, параметры, определяющие движение предмета труда, массо-
вые характеристики ротора и измельчающих элементов [132].
2.2 Анализ параметров рабочих органов режущего типа
При измельчении материала методом резания лезвием разделение
осуществляется за счет создания высокого давления на линии (лезвии). Тео-
рия резания лезвием была разработана В.П. Горячкиным, Н.Е Резником, Г.Е
Листопадом, С.М. Сабликовым, В.А. Желиговским, Г.Н. Синеоковым и др.
Анализ условий резания показывает, что при обосновании конструктивных
параметров измельчающих рабочих органов определяющими являются гео-

89
метрические параметры ножей и кинематика их движения. Целью оптимиза-
ции конструктивных параметров и параметров рабочего процесса является
создание максимального нормального удельного давления на лезвии, при
минимизации всех прочих затрат - на измельчение. Поскольку ориентация
предмета труда в пространстве носит обусловленный характер, то процесс
измельчения описывается детерменированными зависимостями.
Установлено, что разрушение материала при резании лезвием проис-
ходит при определенной удельной силе резания, которая составляет для со-
ломы (5 – 12) ⋅ 103
Н/м; травы (4 – 8) ⋅ 103
Н/м; листостебельчатой массы под-
солнечника (3 – 130)⋅ 103
Н/м [44,45]. С энергетической точки зрения нор-
мальное резание (рубка) считается наиболее затратным. Доказано, что
удельная поверхностная работа резания (отношение работы, затраченной на
резание, к площади поперечного сечения перерезаемого материала) пропор-
циональна коэффициенту скольжения ножа и носит экстремальный характер.
Минимальная удельная работа резания наблюдается при углах скольжения от
20 до 600
[44,45,112].
Н.Е. Резником установлено оптимальное значение скорости резания
при измельчении стебельчатых материалов, которая находится в пределах от
35 до 40 м/с [4,45,46]. Повышенные требования предъявляются к конструк-
тивным параметрам ножей, которые регламентируются стандартами. Так,
для измельчения стебельчатых материалов требуется острота лезвия 20 – 40
мкм [2,30,7]. Углы заточки и периодичность перезаточки ножей устанавли-
ваются стандартами (например, ГОСТ 441-58 для соломорезок).
При обосновании параметров рабочих органов почвообрабатываю-
щих машин учитывают агротехнические требования (максимальная глубина
обработки почвы, перемешивание почвы, степень рыхления, гребнистость,
заделка растительных и древовидных остатков). Особенностью функциони-
рования роторных рабочих органов почвообрабатывающих машин является
то, что ножи отрезают от неподвижного массива стружку. При горизонталь-
ном расположении ротора стружка отрезается либо сверху вниз (прямое вра-
щение ротора), либо снизу вверх (обратное вращение). Ножи роторов, распо-
ложенных вертикально, снимают стружку при повороте ротора на угол 1800
.
2.2.1 Обоснование силы резания почвы ножами
Величина силы резания почвы ножем зависит от состояния почвы,
геометрии ножей, скорости резания и других факторов, не позволяющих ус-
тановить точную математическую зависимость. В практике проектирования
часто пользуются в данном случае эмпирическими зависимостями. Так, А.Д.
Далин предлагает следующую зависимость [10]
P = p ⋅ s ⋅ b, (2.1)

90
где p – среднее удельное сопротивление почвы резанию, Н/мм2
; s -
подача на один нож, мм; b – ширина стружки, мм.
Удельное сопротивление почвы корректируют с учетом влияния ско-
рости резания [7,9,26]
р = p1,5 + kv ⋅ v, (2.2)
где p1,5 - удельное сопротивление резания, Н/мм2
, при скорости ре-
зания 1 – 1,5 м/с; kv - коэффициент, учитывающий влияние скорости резания;
v – скорость резания, м/с.
И.С. Полтавцев предлагает разделить силу резания, возникающую на
ноже, на две составляющие: Рл – сопротивление резанию лобовой (загнутой)
частью ножа и Рб – сопротивление резанию боковым лезвием [10]
Рл = р ⋅ s’
⋅ b; Рб = k’
⋅ s’
⋅bн , (2.3)
где - р удельное сопротивление резанию, Н/мм2
; s’
– толщина сре-
заемой стружки, мм; b – ширина стружки, мм; k’
– удельное сопротивление
резанию плоским ножем, Н/мм2
; bн – толщина ножа, мм.
При фрезеровании узких канавок резание осуществляется по двум бо-
ковым поверхностям, поэтому суммарная сила резания на ноже определится
[10]
Р = Рл + 2 ⋅ Рб; Рб = k’
⋅ s’
⋅ B , (2.4)
где В – ширина канавки, мм.
Удельное сопротивление почвы на один нож почвообрабатывающей
фрезы в зависимости от подачи приведено в таблице 2.2
Анализ данных, приведенных в таблице 2.2, показывает, что сопро-
тивление почвы сильно зависит от ее типа.
2.2.2 Обоснование мощности
Анализ литературных источников показывает, что исследователи до
настоящего времени придерживаются концепции, выдвинутой акад. В.П. Го-
рячкиным. Суть этой концепции заключается в том, что мощность на привод
рабочего органа определяется как сумма составляющих затрат мощности.
Применительно к почвенным фрезам с горизонтальной осью вращения по-
требная мощность определится (по аналогичным формулам определяется
мощность, затрачиваемая на измельчение в кормоизмельчителях)
N = Nф + Nот + (Nф + Nот) ⋅ (1 - η) + Nпер, (2.5)

91
где Nф – мощность, затрачиваемая на фрезерование, кВт; Nот - мощ-
ность, затрачиваемая на отбрасывание почвы, кВт; Nпер - мощность, затрачи-
ваемая на передвижение рабочего органа, кВт; η - коэффициент полезного
действия.
Таблица 2.2 - Удельное сопротивление деформации почвы
на один нож фрезы [1,7,9,10]
Характеристика
почвы
Тип рабочего
органа
Подача на
один нож,
мм
Сечение
стружки,
мм2
Удельное
сопротив-
ление реза-
нию, Н/мм2
Тяжелый сугли-
нок
Рыхлящее до-
лото
25
50
75
100
125
2250
4500
6750
9000
11250
14,9
8,9
6,8
6,4
6,6
Залеж на тяжелой
супеси
Рыхлящее до-
лото
60
90
120
132
161
5400
8100
10800
11900
14500
11,5
8,9
8,3
7,7
5,5
Залеж на тяжелом
суглинке
Г-образный
нож
52
104
186
3200
6500
11600
16,3
1,25
1,10
Средние осоковые
кочки (П.В Пав-
лов.)
Г-образный
нож
- 1200 80 – 100
Дернина на торфе
(А.Д Далин.)
Г-образный
нож
- 2100 65
Отмирающие осо-
ковые кочки
Г-образный
нож
- 7100 50
Мощность, затрачиваемая на фрезерование, определяется через рабо-
ту ножа
Nф = A ⋅ z ⋅ ω , (2.6)
где A – работа одного ножа, Вт/с; z – число ножей на роторе; ω - уг-
ловая скорость вращения ротора, рад/с.
Работа, совершаемая одним ножем фрезы, равна определенному ин-
тегралу от силы сопротивления резанию по элементарному пути

92
∫ ⋅=
dx
l
0
dPA , (2.7)
где Р – сопротивление резанию одного ножа, Н ; dl – элементарный
путь ножа, определяемый из уравнения кинематики ротора.
В работах [1,7,10,12, 48] приводятся приемлемые для практических
расчетов значения данного интеграла
A = (p ⋅ b + k’
⋅ bн) ⋅ s ⋅ a ⋅ [(Vокр + Vп )/ Vп] , (2.8)
где р – среднее удельное сопротивление почвы резанию, Н/мм2
; b –
толщина почвенной стружки, срезаемой одним ножем, мм; k’
– удельное со-
противление резанию боковой поверхностью ножа, Н/мм2
; bн – толщина но-
жа, мм; s – подача на один нож, мм; а – глубина обработки почвы, мм; Vокр -
окружная скорость ротора, м/с; Vп – поступательная скорость ротора, ско-
рость агрегата, м/с.
Мощность, затрачиваемая на отбрасывание почвы, может быть при-
ближенно оценена по формуле
Nот = (k0 ⋅ Vокр
2
⋅ L ⋅ z ⋅ a ⋅ γ ⋅ Vп ) / 2 ⋅ g, (2.9)
где k0 – коэффициент, зависящий от формы лобовой поверхности из-
мельчающих ноже (k0 = 0,85 для полевых крючков, k0 = 1,0 – для Г-образных
ножей [51,52,117]); L – длина ротора; γ - плотность почвы, кг/м3
; g – ускоре-
ние свободного падения, м/с.
Мощность на передвижение фрезы в формуле 2.5 может быть рассчи-
тана
Nпер = ± Vп ⋅ Рх, (2.10)
где ± Рх – горизонтальная составляющая суммарного тягового сопро-
тивления фрезы (знак. «+» берется в формуле при расчете фрезы при попут-
ном фрезеровании, «-» - при встречном).
Сила сопротивления фрезы резанию рассчитывается по формуле
Робщ = (Р · i) / cos ψ , (2.11)
где Р – сила резания на одном ноже (формула 2..1); i - число одно-
временно работающих ножей; ψ - угол, зависящий от заточки ножа (Г.Н. Си-
неоков предлагает задавать угол ψ = 150
для острых ножей на влажных поч-
вах и ψ = 0 – для тупых ножей на сухих почвах [10]). Точку приложения си-
лы Pобщ многие авторы предлагают определять на половине глубины обра-
ботки почвы.

93
2.3 Расчет вертикальной фрезы
Резание почвы при работе вертикальной фрезы ( рисунок 1.15) осу-
ществляется торцовой и цилиндрической поверхностями. Угол контакта но-
жей с почвой по цилиндрическим поверхностям составляет 1800
. Сила реза-
ния разлагается на две составляющие Рр = Рц + Рт ( где Рц – сила резания ци-
линдрической поверхностью; Рт - сила резания торцовой поверхностью). Си-
ла резания цилиндрической поверхностью
Рц = р ⋅ s’
⋅ a (2.12)
где р – среднее удельное сопротивление почвы резанию, Н/мм2
; s’
–
толщина срезаемой стружки (s’
≈ s ⋅ sin α, где α - угол контакта ножей с поч-
вой, α = 1800
), мм; а – глубина обработки почвы, мм.
Сила резания почвы торцовой поверхностью фрезы
Рт = k’
⋅ s’
⋅b, (2.13)
где k’
– удельное сопротивление резанию плоским ножем, Н/мм2
; b –
толщина элемента ножа, выполняющего резание в торцовой плоскости, мм.
При отсутствии на вертикальной фрезе режущих элементов, распо-
ложенных в горизонтальной плоскости, вместо резания осуществляется ска-
лывание почвенного пласта. Величина скалывающей силы принимается рав-
ной величине силы торцового резания почвы.
Величина полной работы одного ножа для вертикальной фрезы может
быть оценена по формуле [52,53,117,133]
A = (1,5 ⋅ p ⋅ a + k’
⋅ b) ⋅ s ⋅ R [2 + (2 ⋅ Vп
2
/ 3 ⋅ Vокр
2
)], (2.14)
где R – радиус фрезы, мм.
Мощность, затрачиваемая на фрезерование почвы одной вертикаль-
ной фрезы, определится
Nв = А ⋅ ω ⋅ zи, (2.15)
где ω - угловая скорость фрезерного рабочего органа, рад/с; zи – число
вертикальных ножей.
Для приближенных практических расчетов, учитывая малое соотно-
шение поступательной и окружной скоростей, можно воспользоваться фор-
мулой [7,8,133]
Nв = 2 ⋅ (1,5 ⋅ p ⋅ a + k’
⋅ b) R ⋅ Vп (2.16)

94
Для расчета полной мощности, затрачиваемой на фрезерование, необ-
ходимо значение мощности, полученное по формуле 2.14, умножить на число
вертикальных роторов.
Полная мощность, необходимая на привод вертикальной фрезы, оп-
ределяется аналогично определению мощности горизонтальных фрез.
При работе почвообрабатывающих машин с вертикальными рабочи-
ми органами усилия режущих элементов в горизонтальной плоскости урав-
новешиваются, поэтому тягового сопротивления на передвижение рабочих
органов не возникает.
2.3.1 Обоснование ширины захвата рабочего органа
Ширина захвата рабочего органа определяется мощностью агрегати-
руемого трактора. Если принять, что в формуле (1.5) мощность пропорцио-
нальна числу ножей на фрезе, то для горизонтальной фрезы мощность может
быть определена из выражения [7]
Lг = [(Nт – Nпер ) ⋅ lд] / [(Nф1 + Nот1) (2 -) ⋅ zд],
где Nт - мощность двигателя трактора; Nпер - мощность, затрачивае-
мая на передвижение фрезы; lд - расстояние между ножами, установленными
на одном несущем диске; η - коэффициент полезного действия; zд - число
ножей на диске; Nф1 - мощность, затрачиваемая на фрезерование, определен-
ная по формуле 1.6 при z = 1; Nот1 - мощность, затрачиваемая на отбрасыва-
ние почвы, определенная по формуле 1.9 при z = 1.
Ширина захвата вертикального рабочего органа
Lв = [(Nт – Nпер ) ⋅ D] / [Nв (2 - η)], (2.17)
где D – диаметр вертикального ротора (рисунок 1.15); Nв - мощность,
определенная по выражению (2.14).
Анализ технических параметров почвообрабатывающих машин пока-
зывает, что для оценочных расчетов можно принять, что на 1 м захвата лес-
ной фрезы требуется мощность 45 – 60 кВт.
2.3.2 Обоснование конструктивных параметров
Диаметр ротора D выбирают из условия обеспечения необходимой
глубины обработки почвы, назначаемой из агротехнических требований. При
обосновании диаметра ротора необходимо учитывать, чтобы несущие диски,
предохранительные устройства, ведущие звездочки, корпусные детали, ко-
жух и другие элементы машины проходили над поверхностью почвы с ми-

95
нимальным клиренсом 50 – 60 мм. Анализ конструкций фрез показывает, что
для большинства машин это условие обеспечивается при соотношении
D = (2,5 – 3,5 ) ⋅ a (2.18)
Число ножей на одном несущем диске zд обуславливается подачей s
и зависит от скорости движения почвообрабатывающего агрегата. Для сель-
скохозяйственных фрез, агрегатируемых с тракторами без ходоуменьшите-
лей и работающих на скоростях в пределах от 3 до 5 км/ч, принимается zд =
4; 6; 8 [88,118].
Подача s задается, исходя из обеспечения допустимой с агротехниче-
ской точки зрения высоты гребней на дне пахотного слоя. Высота гребней не
должна превышать значения 0,2 ⋅ а. От подачи s зависит степень измельче-
ния почвы, которая задается агротехническими требованиями. У большинст-
ва современных фрез, имеющих удовлетворительное качество крошения поч-
венного пласта, подача на нож составляет: для задернелых почв 4 – 8 см; для
старопахотных почв 10 – 15 см. У фрезерных канавокопателей подача со-
ставляет 3 – 6 см.
Окружная скорость вращения ротора (м/с) зависит от поступатель-
ной скорости агрегата Vп и от заданной подачи на нож s
Vокр = (2π⋅ Vп ⋅ D) / s ⋅ zд (2.19)
Частота вращения (с-1
) рассчитывается по формуле
n = (Vокр / π ⋅ D) = (2 ⋅Vп ) / (s ⋅ zд) (2.20)
Расстояние между соседними дисками по длине ротора lд зависит
от формы и ширины изогнутой части ножа и находится для большинства
фрез в пределах от 100 до 200 мм.
2.3.3 Конструирование и расчет
Конструкции применяемых ножей показаны на рисунке 1.3, а их кон-
структивные параметры приведены в таблице 1.1.
Схема к расчету конструктивных параметров рабочих органов почво-
обрабатывающей машины с горизонтальной осью вращения ротора показана
на рисунке 2.1.
Как видно из рисунка 2.1 на нож фрезы действуют силы
Рл = p ⋅ bс ⋅ s sin αк; Рб = k’
⋅s ⋅ bн ⋅ sin αк, (2.21)

96
b/2
b
à - Ã-îáðàçíîãî; á - Ò-îáðàçíîãî; â - ïëîñêîãî
Ðàñ÷åòíûå ïàðàìåòðû íîæåé ïî÷âåííûõ ôðåç:
s/2
à)
L
á)
â)
bÐá
ÐàÐë
Рисунок 2.1 - Схема для расчета конструктивных параметров
фрезы с горизонтальной осью вращения
где p – удельное сопротивление почвы резанию, Н/мм2
(таблица 2.1);
bс – толщина срезаемой стружки, м, принимаемая равной толщине ножа; αк -
угол контакта ножей с почвой [αк = arccos ( 1 – a/R)]; s – подача на один нож,
мм; k’
– удельное сопротивление резанию плоским ножем, Н/мм2
; bн ширина
ножа (по боковой поверхности), мм.
Если известны составляющие мощности измельчения (1.9), то силу
отбрасывания почвы ножем можно определить
Ра = Nот / (Vокр - Vп) ⋅ i, (2.22)
где i- количество ножей на роторе, находящихся одновременно в кон-
такте с почвой.
Как видно из рисунка 2.1,а на Г-образный нож действуют изгибаю-
щие и крутящие моменты
Ми = (Рл + Ра) ⋅ l + Рб (l – s/2); Мкр = (Рл + Ра) ⋅ b/2. (2.23)
Из рисунка 2.1,б видно, что на Т-образный нож действует только из-
гибающий момент
Ми = (Рл + Ра) ⋅l + Рб (l – s/2); Мкр = 0. (2.23)
Для плоских ножей (рисунок 2.1,в) изгибающий момент определится

97
Ми = Ра ⋅ l + Рб (l – s/2). (2.24)
При расчетах фрез, работающих на почвах, изобилующих древовид-
ными включениями, камнями, с учетом возникновения в них ударных нагру-
зок, многие авторы рекомендуют удваивать значения моментов [1,7,8,9].
Расчет ножей на прочность производится по приведенному моменту
Мпр = (Ми
2
+ 4 ⋅ Мкр
2
)1/2
. (2.25)
Максимальное значение приведенного момента возникает в месте
крепления ножа к несущему диску.
Вал ротора почвообрабатывающей машины с горизонтальной осью
вращения рассчитывается на прочность по поперечной силе, изгибающему и
крутящему моментам (рисунок 2.2). Из рисунка видно, что вал ротора на-
гружен суммарной силой сопротивления почвы Рп и силой натяжения цепи
(ремня) привода фрезы. Суммарная реакция сопротивления ножей от поч-
вы Рп = Рл ⋅ i+ Рб ⋅ i + Ра (i - число одновременно работающих ножей). Сила
натяжения цепи определяется Рц = Рп ⋅ D /d (D - диаметр ротора; d – диаметр
звездочки). Пусть силы Рп и Рц - параллельны, тогда их можно привести к
оси ротора и заменить их действие крутящими моментами. Допустим, что
сила сопротивления почвы Рп равномерно распределена между ножами и
равномерно распределена по валу ротора на участке АБ (рисунок 2.2,б). Сила
натяжения цепи приложена в точке В. Представляем вал ротора в виде балки
на двух опорах с консолью. Используя уравнения статического равновесия
вала, определяем реакции в опорах
RA = Рц ⋅ Lк + Рп ⋅ L/2; RБ = [ Рп ⋅ L/2 – Pц (L + Lк) ] / L. (2.26)
Под чертежем вала ротора изображаем эпюры поперечных сил и из-
гибающих моментов. Для участка АБ Q = RA – q ⋅ x (зависимость линейная);
при х = 0, Q = RA; при х = L, Q = RA – Pп. Для консоли БВ Q = - Рц – RБ.
Изгибающий момент на участке АБ МиАБ = RA ⋅ x – q ⋅ x2
/2 (зависи-
мость квадратичная); при х = 0, МиА = 0; при х = L, МиБ = RA ⋅ L – Pп ⋅ L2 /
(2 ⋅ L) = L (l – Pп/2). Как видно из рисунка, на участке АБ эпюра изгибающего
момента имеет экстремум. Максимальное значение МиАБ будет в сечении 1-1,
где поперечная сила Q обращается в 0. Для определения данного максимума
и места его приложения, необходимо исследовать уравнение моментов на
данном участке балки на максимум. Пусть d МиАБ /dx = QАБ = RA – Pп ⋅ x0 /L
= 0, откуда x0 = RA ⋅ L /Pп. Максимальный изгибающий момент в данной точ-
ке будет МиАБ
max
= RA⋅ x0 - q ⋅ x2
0/2 = RA
2
⋅ L /(2 ⋅ Pп). Изгибающий момент на
участке БВ МиБВ = Рц ⋅ х1 изменяется по линейному закону; при х1 = 0, МиБ

98
= 0; при х1 = Lк, МиВ = Рц ⋅ Lк.
q=Pï/L
á)
d
D
à)
Ìêð
Q
Mè
Pï
Ðö
Ra
x
À
1
L
1
Lk
Â
Ðöx1
Á
Rá
Рисунок 2.2 – Схема расчета вала ротора фрезы с горизонтальной
осью вращения
Крутящий момент на участке АБ вала МкрАБ = q ⋅ x ⋅ D /2 = Pп ⋅ D ⋅ x
/(2 ⋅ L) изменяется по линейному закону; при х = 0, МкрА = 0; при x = L, МкрБ =
Pп ⋅ D / 2. Крутящий момент на консоли вала постоянен МкрБВ=Рц ⋅d /2 = Рп ⋅D
/ 2.
Расчет прочности по крутящему моменту выполняется для сечения Б,
а по эквивалентной нагрузке для опасного сечения 1-1, в котором изгибаю-
щий момент максимален.
При расчете рабочих органов почвообрабатывающих машин с верти-
кальной осью вращения ротора учитывают тот факт, что вертикальная фреза
не создает тягового сопротивления. Поэтому вал ротора рассчитывают толь-
ко на кручение. Схема для расчета ножа показана на рисунке 1.15.
На нож вертикальной фрезы действует сила резания, равная сумме
сил резания цилиндрической и торцовой частями фрезы, Pp = s ⋅ sinα (p ⋅ a +
k’
⋅ bн). Угол α контакта ножа с почвой меняется в пределах от 0 до 1800
.
Очевидно, что максимальное значения силы резания почвы достигается при
α = 900
. Тогда Pp
max
= s ⋅ (p a + k’
⋅ bн). Изгибающий момент, действующий на
нож вертикальной фрезы в опасном сечении (считаем, что результирующая
реакции почвы приложена на половине глубины обработки почвы) Ми
max
= s ⋅
(p ⋅ a + k’
⋅ bн) ⋅ (H - a/2) [H – длина консольной части ножа (рисунок 1.15)].
Если определена мощность, затрачиваемая на привод вертикальной фрезы
(1.21), тогда Мкр = Nв / ω.
Возможны расчетные случаи, когда агрегат с вертикальной фрезой

99
начинает перемещаться, а вращение фрезы еще не включено. В данном слу-
чае на валу возникает изгибающий момент, величина которого может быть
приближенно определена по формуле [7]
Ми = m ⋅ (Σ b1 ⋅ ⋅ k ) ⋅ (H’
– a /2), (2.27)
где m – количество вертикальных фрез в машине; Σ b1- сумма проек-
ций ширины всех ножей на вертикальную плоскость, см2
; a – глубина обра-
ботки почвы; k – удельное сопротивление почвы при перемещении ножа (k =
8 – 12 Н/см2
); H’
– высота фрезы (рисунок 1.15).
2.4 Анализ параметров режущих рабочих органов
барабанного типа
Конструктивными параметрами барабанных измельчающих рабочих
органов являются диаметр барабана D и высота расположения горловины
относительно оси вала барабана h. Типичным представителем рабочего орга-
на барабанного типа является измельчитель древесины (рисунок 2.3). Пусть
ω - угловая скорость барабана, вращение по направлению, указанному стрел-
кой (рисунок 1.36). Тогда из рисунка видно, что горизонтальная составляю-
щая линейной скорости ножа меняет свое значение, а поступательная ско-
рость подачи материала в измельчитель остается постоянной. Наиболее бла-
гоприятные условия для подачи материала в измельчитель создаются во вто-
ром квадранте. Если горловину измельчителя расположить в данном квад-
ранте, то материал будет втягиваться в измельчитель ножами
h
Vãîð
a
Vðåç
Vá
2
Vá
Vìàò
Va = D/2
1
Рисунок 2.3 – Схема работы барабанного измельчителя
Высоту h определяют из соотношения [3]

100
h = a + D ⋅ Vмат /2⋅ Vб , (2.28)
где а – толщина слоя измельчаемого материала, равная высоте горло-
вины; D - диаметр барабана; Vмат – скорость подачи материала в измельчи-
тель; Vб – окружная (линейная) скорость ножа.
Поскольку ножи на барабане устанавливаются дискретно, то для
обеспечения плавного резания, они устанавливаются под углом либо их лез-
вия выполняются криволинейными. Для обеспечения равномерной нагрузки
на вал ротора, ножи на развертке барабана устанавливаются с перекрытием,
равным толщине слоя измельчаемого материала. Исходя из этих условий ра-
диус барабана определится [3]
Rб = z (Lб ⋅ tg τ + a )/ 2π, (2.29)
где z – число ножей на барабане; Lб – длина барабана; τ -угол сколь-
жения; а – высота горловины.
Число ножей на барабане z определяется, исходя из обеспечения ус-
ловий балансировки и необходимости изменения длины резки, и составляет
для рассмотренных в разделе 1.3 роторных рабочих органов, от 2 до 12. Наи-
большее распространение получили прямые ножи, благодаря простоте изго-
товления, монтажа, регулировки и заточки. Для высокоскоростных роторов,
при частоте вращения барабана свыше 1500 мин-1
), используется принцип
измельчения нормальным резанием (рубка). С целью снижения энергоемко-
сти измельчения и повышения плавности загрузки ротора используются но-
жи, лезвия которых выполнены по кривой или установленные под углом об-
разующей барабана. Эти конструктивные решения позволяют избежать уста-
новки на роторах маховиков большой массы. В таких измельчителях процесс
резания осуществляется и нормальным и скользящим резанием материала.
Обычно угол наклона лезвий по отношению к образующей барабана прини-
мается в пределах от 24 до 30 0
. Длина лезвий ножей принимается одинако-
вой, исходя из конструктивного соотношения [30]
B ⋅ tg τ = π ⋅ D2
/z, (2.30)
где В – ширина горловины.
Производительность барабанного измельчителя может быть оценена
по формуле [47]
Q = 3,6 ⋅ a ⋅ Lб ⋅ lc ⋅ γ ⋅z ⋅n ⋅ β (2.31)
где lc – средняя расчетная длина резки, м; γ - плотность материала пе-
ред подачей в измельчитель ,кг/м3
(солома – 54-100 кг/м3
; сено – 106; силос –
405; зеленая масса – 234); n – частота вращения барабана, об/мин; β - коэф-
фициент, учитывающий совместную работу измельчителя с другими рабочи-
ми органами (β = 0,5 – 0,7 при работе совместно с питателем).

101
2.5 Обоснование параметров дисковых измельчающих
рабочих органов
Типичным представителем дискового измельчающего рабочего орга-
на является рабочий орган рубительной машины (рисунок 1.28). Режим реза-
ния в дисковых измельчающих рабочих органах определяется размерами
горловины для подачи измельчаемого материала, расстоянием h от оси вра-
щения ротора до противорежущего элемента, вылетом ρ ножа (рисунок 2.4),
а также геометрической формой лезвия. Основные конструктивные размеры
дискового режущего рабочего органа связаны между собой зависимостью
[30,36,44]:
r2
= u2
+ h2
; u = r ⋅ cos (τ- χ); h = r ⋅ sin (τ- χ) = u ⋅ tg (τ- χ). (2.32)
Высота горловины h = 0,5 ⋅ ρ или h = 0,6 ⋅ c [30,44].
Анализ конструктивных решений дисковых измельчающих рабочих
органов показывает, что обычно противорежущая пластина устанавливается
ниже горизонтального диаметра диска. Размеры горловины по рекомендаци-
ям ВИСХОМа выбирают в интервале для ширины 300 – 450 мм, для высоты
– 100 – 300 мм [30].
В дисковых режущих аппаратах наибольшее распространение полу-
чили ножи с прямым или криволинейным лезвиями. Эффективность приме-
нения криволинейного лезвия доказал В.П. Горячкин. Наиболее эффективной
формой кривой лезвия является Архимедова спираль, однако, практически в
конструкциях машин используется наиболее близкая к этой спирали дуга
эксцентрической окружности (Патент № 522081, Австралия).
Следует отметить, что в конструкциях дисковых измельчающих ра-
бочих органов нашли распространение ножи с прямолинейными лезвиями.
Они отличаются простотой изготовления, высокой несущей способностью,
легко монтируются в машине, удобно затачиваются.
Момент инерции маховика дискового измельчающего рабочего орга-
на выбирают, исходя из обеспечения устойчивой работы. Для устойчивой ра-
боты рекомендуется неравномерность вращения задавать в интервале от 0,03
– 0,07 [43].
Производительность дискового измельчающего рабочего органа оп-
ределяют по формуле [4,46,47,112]
Q = a ⋅ b ⋅ l ⋅ ⋅ ρ ⋅ n ≈ 0,16 ⋅ a ⋅ b ⋅ l ⋅ z ⋅ ρ ⋅ ω, (2.33)
где а – толщина слоя материала, подаваемого в измельчителеь. м; b –
ширина горловины измельчителя, м; z – число ножей (z = 2 – 6); n – скорость
вращения диска, об/с; l –расчетная длина резки, мм (6 – 30); ρ - плотность

102
измельчаемого материала, кг/м3
(для травы 350 – 500); ω - угловая скорость
вращения, рад/с.
bc
y
h
u
Ëåçâèå
a
Рисунок 2.4 - Схема функционирования дискового рабочего органа и
основные конструктивные параметры
2.6 Обоснование параметров рабочих органов
измельчителей ударного действия
Измельчающие рабочие органы разделяют материал на части по
принципу ударного воздействия. В основу практических расчетов измельчи-
телей ударного воздействия на материал положена теория дробления П.А.
Ребиндера. Для конструктивных расчетов рабочих органов кормоизмельчи-
телей используется формула С.М. Мельникова [30]
Аизм = Спр [kv ⋅ lg λ3
+ ks (λ - 1)], (2.34)
где Аизм - работа, затрачиваемая на измельчение; Спр – коэффициент,
учитывающий физико-механические свойства материала, тип рабочих орга-
нов и вид измельчения; kv - коэффициент, оценивающий работу упругих де-
формаций, отнесенную к единице массы измельчаемого материала (опреде-
ляется вдавливанием на глубину 0,5 мм цилиндрического индентора диамет-
ром 0,65 мм), кДж/кг; ks – коэффициент, оценивающий затраты энергии на
получение новых поверхностей при измельчении 1 кг материала, кДж/кг; λ -
степень измельчения материала. В таблице 2.3 приведены значения коэффи-
циентов, входящих в формулу 2.34, для измельчаемых кормов.

103
Таблица 2.3 - Значения коэффициентов, входящих в
формулу С.В. Мельникова [30,112]
Наименование материала Спр kv ,кДж/кг ks,
кДж/кг
Солома:
ржаная; 0,7 0 0,9 0,12
1,2
ячменная 0.7 – 0,9 0,12 1,3
Свежескошенная трава 0,7 – 0,9 0,10 – 0,20 1,1 – 2,0
Сено:
люцерновое; 0,7 – 0,9 0,23 2,3
из разнотравья 0,7 – 0,9 0,24 2,4
Ячмень 1,2 8,5 7,50
Рожь 1,4 8,4 6,40
Пшеница - 4,6 8,15
Основным параметром измельчителей ударного действия, опреде-
ляющим эффективность рабочего процесса, является линейная скорость из-
мельчающих элементов. Согласно теории контактных напряжений Герца и
теории колебания тел при ударе, предельная скорость удара определяется по
формуле [48,81]
Vуд = σр (Е/ρ)1/2
⋅ Е , (2.35)
где σр – разрушающее напряжение в материале; Е – модуль упругости
материала; (Е/ρ)1/2
– скорость распространения звука в материале. Теория
Герца справедлива только для упругих материалов.
При расчетах скорости движения измельчающих элементов необхо-
димо учитывать скорость движения измельчаемого материала. По данным
В.В. Алешкина и П.М. Рощина [44], скорость движения измельчающих эле-
ментов должна быть больше в два раза скорости циркуляции воздушно-
продуктового потока в рабочей камере. По их данным, скорость разрушаю-
щего воздействия на материал определяется
Vраз = [kд ⋅ σвст ⋅ ln (a/x) / ρ]1/2
, (2.36)
где kд - коэффициент динамичности, равный отношению динамиче-
ского и статического предела прочности (для кормоизмельчителей kд = 1,9 –
2,0); σвст - статический предел прочности; а – длина измельчаемой частички;
х – величина недеформируемой части; ρ - плотность материала.
В современных конструкциях линейная скорость движения измель-
чающих элементов составляет значения от 40 до 120 м/с. Максимальные зна-
чения скоростей резания наблюдаются у партерных газонокосилок и у дезин-
теграторов, имеющих по два ротора, вращающихся в разные стороны.

104
Степень измельчения материала определяется количеством измель-
чающих элементов (молотков), диаметром отверстий решет, технологиче-
ским зазором между концами измельчающих элементов и решетами. Конст-
руктивными параметрами являются размеры ротора и молотков, их количе-
ство, способы установки молотков на роторе. В процессе измельчения мате-
риала молотки получают импульсное воздействие. Анализ движения молот-
ков показывает, что реакции от молотков не будут передаваться на ротор, ес-
ли ось шарнира крепления молотка к ротору совпадает с центом вращения
молотка. Неправильный подвес молотка к ротору приводит к вибрации рото-
ра и износу опорных элементов. В работе [30] приводится условие динамиче-
ского уравновешивания ротора. На рисунке 2.5 показана схема уравновеши-
вания ротора.
В работах С.В. Мельникова [30,112] дано соотношение
ρ0
2
= с ⋅ l , (2.37)
где ρ0 – радиус инерции молотка относительно оси шарнира его креп-
ления к несущему диску; с – расстояние от оси подвеса молотка до его цен-
тра тяжести; l- длина молотка от шарнира подвеса до свободного конца (ри-
сунок 2.5).
Для молотков с двумя отверстиями для крепления соотношение раз-
меров составляет [44,112]: c = (а2
+ b2
) /12 (a – длина молотка, b – ширина
молотка).
P
a) á)
1
R
0
0
d
b
c
Icc
Ra
l
mc(dw/dt)
a/2
l
a
Рисунок 2.5 - Схема уравновешивания ротора: а) – схема сил, дейст-
вующих на молоток; б) схема работы молотка
При взаимодействии измельчаемых элементов с частичками материа-
ла определенной величины они (молотки) отклоняются от положения стати-

105
ческого равновесия и совершают затухающие колебания. В нашей работе
[49] угол отклонения определялся методом динамического равновесия без
учета трения в шарнире. В работах [30,112] утверждается, что устойчивое
движение молотков с учетом трения в шарнире их крепления к ротору обес-
печивается при условии: Ra = 2,25 ⋅ l или Ra = 4 ⋅ l, где Ra – радиус несущего
диска по осям шарниров, l - длина молотка. Длина молотка принимается из
соотношения: l = (0,154 – 0,2 ) ⋅ D. При диаметре ротора меньше 0,4 м значе-
ние l выбирается по верхней границе приведенного выше соотношения [44].
На предварительной стадии расчетов длину и ширину молотков ус-
танавливают по соотношениям [44]:
a = 1,51 ⋅ l ≈ 0,23 ⋅ D; b ≈ (0,4 – 0,5) ⋅ a ≈ 0,1 ⋅ D. (2.38)
Окончательные размеры молотков принимаются по соответствующим
стандартам.
Основными конструктивными параметрами роторного измельчителя
являются диаметр ротора D и длина ротора L. Основные конструктивные
параметры ротора определяют исходя из заданной производительности по
показателю удельной нагрузки [30,112]: q’
= Q / D ⋅ L (q’
– удельная произво-
дительность, кг/см2
; Q – производительность измельчителя, кг; D – диаметр
ротора; ⋅L – длина ротора). Удельная нагрузка на измельчитель нормируется в
зависимости от окружной скорости молотков [30]:
при v = (45 – 50 )м/с q’
= (2 – 3) кг/см2
;
при v = (70 – 80 )м/с q’
= (3 – 6) кг/см2
.
Соотношение диаметра и длины ротора может быть различным. Ма-
шиностроением для кормопроизводства выпускается кормодробилки не-
скольких типоразмеров [44]: 1-й тип – с большим диаметров и небольшой
длиной, для которых k = D/L = 4 – 7; 2-й тип – с небольшим диаметром и
большой длиной, для которых k = D/L = 1 – 2. Исходя из вышеуказанного со-
отношения, диаметр ротора может быть определен
D = (k ⋅ Q / q’
)1/2
. (2.39)
Число измельчающих элементов на роторе может быть определено
[30]
z = (L - ∆L) ⋅ kz /b , (2.40)
где L – рабочая длина ротора, м; ∆L – суммарная толщина несущих
дисков, не перекрываемых измельчаемыми элементами, м; kz - число из-
мельчающих элементов на одном несущем диске, идущих по одному следу
(kz = 1 – 6); b – толщина измельчающего элемента, м ( принимается равной 2
– 10 мм).
Мощность, необходимая для привода ротора, определяют по изме-

106
ненной формуле В.П. Горячкина [44]
N = Nизм + Nц + Nхх , (2.41)
где Nизм - мощность, затрачиваемая на измельчение, Nизм = Аиз ⋅ Q;
Аиз - работа измельчения (1.7); Nц - мощность, расходуемая на цир-
куляцию воздушно-продуктового потока в рабочей камере измельчителя; Nхх
- мощность холостого хода. Обычно Nизм + Nц = (15 – 20) % ⋅Nизм, тогда N =
(1,15 – 1,20) ⋅ Nизм [47].
Производительность молоткового ротора оценивают по эмпириче-
ской формуле [50]
Q = 3,6 ⋅ k1 ⋅ ρ ⋅ D ⋅ L ⋅ n /60 , (2.42)
где k1 - эмпирический коэффициент, зависящий от типа и размеров
сита; ρ - плотность материала, кг/м3
; D – диаметр ротора, м; L – длина рото-
ра, м; n – частота вращения ротора, мин-1
. k1 = (1,3 – 1,7) ⋅ 10-4
для сит с от-
верстиями до 3 мм; k1 = 2,2 ⋅ 10-4
для чешуйчатых сит с отверстиями диамет-
ром 3 – 10 мм [50].
В случае измельчения ротором крупнокускового материала, когда
масса молотка соизмерима с массой отдельного куска материала (измельче-
ние древовидных остатков), важным параметром измельчителя является со-
отношение массы молотка и куска материала.
Исследованиями [47] установлено, что с увеличением скорости дви-
жения молотков средневзвешенный размер измельченных частиц материала
уменьшается, а удельный расход энергии возрастает. Определен оптимум
для скорости измельчения по критерию энергозатрат, который для клиновид-
ных молотков составляет 45 – 55 м/с (Беренс). Для молотков с плоской пе-
редней гранью при измельчении корнеплодов данный оптимум находится в
пределах от 50 до 60 м/с [50]. В работе [2] приводятся результаты исследо-
ваний молотков прямоугольной, ступенчатой, фрезерной и клювовидной
форм с клиновидной передней гранью. Толщина молотка, при которой дос-
тигается минимум удельных энергозатрат и устраняется излишнее измель-
чение, составляет 6 – 8 мм при клиновидной передней грани и 10 – 12 мм –
при плоской. Установлено, что наиболее эффективная работа измельчителя
достигается при соотношении l/Rа = 0,37 (l- длина измельчающего элемента
от оси подвеса до свободного конца; Rа – радиус ротора от оси вращения до
шарниров крепления к нему измельчающих элементов). Параметр Rа зада-
ют, исходя из особенностей установки молотков на роторе и размеров кус-
ков, Rа = 90 – 120 мм.
Общую длину ротора определяют из условия обеспечения уравнове-
шенности ротора и длины молотка [2]

107
L = 0,25 [3 ⋅ l + (9 ⋅ l2
– 4 ⋅ b2
)1/2
], (2.43)
где l – длина молотка; b –толщина молотка.
Расстояние между соседними измельчающими элементами по оси ро-
тора задают исходя из скорости измельчения. В частности, для клиновидных
молотков при скорости измельчения 45 – 55м/с данное расстояние задают в
пределах от 16 до 24 мм [2].
Для минимизации энергозатрат зазор между концами измельчающих
элементов и декой принимают минимальным, но не менее средневзвешенно-
го размера измельченной частички [2].
Затраты энергии для измельчения кускового материала могут быть
рассчитаны по формуле В.П. Горячкина:
N = Nxx + Nиз + Nv (2.44)
где Nxx - мощность холостого хода ротора; Nиз – мощность, затрачи-
ваемая на измельчение; Nv – мощность, затрачиваемая на сообщение измель-
чаемому материалу кинетической энергии.
Мощность холостого хода обуславливается трением в опорах ротора
и сопротивлением воздуха [2]
Nхх = (Pоп⋅f⋅r + M⋅Sб ) ⋅ ω + 0,5⋅γв (kл⋅kв⋅Sм ⋅ R0
3
⋅αr + k’
л⋅ kв⋅Sв ⋅R0в
3
) ω3
,
где Pоп – суммарная реакция опор ротора; f – коэффициент трения в
опорах; r – радиус цапфы в опоре; М – момент трения, отнесенный к единице
боковой поверхности ротора; Sб – площадь боковой вращающейся поверхно-
сти ротора; ω - угловая скорость вращения ротора, рад/с; γв – плотность воз-
духа; kл – коэффициент лобового сопротивления молотка; k’
л -коэффициент
лобового сопротивления распорных втулок; kв – коэффициент, учитывающий
взаимодействие потоков, создаваемых вращающимися деталями ротора; Sм -
площадь лобовой поверхности молотков; Sв - площадь лобовой поверхно-
сти втулок; R0 - радиус центра тяжести лобовой поверхности молотков; R0в -
радиус центра тяжести лобовой поверхности втулок; αr – коэффициент, за-
висящий от соотношения длины молотка lм к радиусу расположения центра
тяжести его лобовой поверхности R0. αr = 1 + 0,25 (lм/ R0) [2].
Мощность, затрачиваемая непосредственно на измельчение [2]
Nиз = (q2⋅6⋅Q/ρ) {1/lc – k{0,5 ⋅ dk + (l2
k+0,25⋅d2
k) /dk ⋅ lk]} (2.45)
где q2 – удельный расход энергии на образование новой поверхности;
Q – производительность измельчителя; ρ - плотность куска измельчаемого
материала; lc - средневзвешенный размер измельченных частичек материала;

108
k – коэффициент. учитывающий отклонение формы куска материала от фор-
мы правильного конуса; dk, lk – размеры куска материала (диаметр и длина).
Мощность, затрачиваемая на сообщение измельчаемому материалу
кинетической энергии [2]
Nv = Q⋅V2
/2 (2.46)
где V – абсолютная скорость частиц измельченного материала.
Выводы по конструктивному и параметрическому анализу:
Приведенный выше анализ конструкций роторных рабочих органов и
обоснования проектных параметров показывает, что конструктивные пара-
метры отличаются большим разбросом числовых значений, а сами конструк-
тивные решения – большим разнообразием. Параметры рабочих процессов
основываются с использованием различных теоретических предпосылок с
большими условностями и допущениями. Расчеты параметров выполняются
с использованием удельных показателей, полученных экспериментальными
методами. При расчете роторов зачастую не учитывается его взаимодействие
с другими элементами машин и с окружающей средой. При конструирова-
нию применяются материалы с невысокими прочностными свойствами.
Особенности функционирования роторных рабочих органов (значи-
тельная частота вращения, высокие скорости и ускорения взаимодействия со
специфическим предметом труда, зачастую ударный характер нагружения)
предъявляют повышенные требования к уравновешенности роторов, точно-
сти выполнения расчетов его элементов, учета всех особенностей протекания
процесса измельчения.
Таким образом, обоснование проектных параметров роторных рабо-
чих органов лесохозяйственных машин можно осуществить только на осно-
ве системного конструирования с использованием системного подхода и но-
вых информационных технологий с целью усовершенствования разработки
конструкторской документации, обеспечения поиска оптимальных вариан-
том в более короткие сроки, уменьшения вероятности ошибок конструирова-
ния.
Необходимо разработать концепцию конструирования роторных ра-
бочих органов лесохозяйственных машин на основе методов системного
подхода, дать анализ конструкций по выполняемым функциям, установить
общие закономерности устройства рабочих органов. Обосновать типораз-
мерный ряд по главному проектному параметру. Разработать топологические
конструктивные схемы роторных рабочих органов, общие для роторов, неза-
висимо от их функционального назначения. Создать предпосылки для разра-
ботки системы автоматизированного проектирования

109
3 Разработка концепции конструирования
роторных рабочих органов
3.1 Общие основы разработки концепции конструирования
роторных рабочих органов лесохозяйственных машин
Анализ конструктивных решений и обоснованности параметров, при-
веденный в предыдущих разделах, показывает, что в последнее время суще-
ственно усложняются конструкции лесохозяйственных машин, снабженных
роторными рабочими органами, интенсифицируются способы их воздействия
на предмет труда, совершенствуются методы конструирования на основе но-
вых информационных технологий. Технологические процессы, в которых за-
действованы человеко-машинные комплексы, быстро изменяются, и к ним
предъявляются высокие социальные и экологические требования, а также по-
требности рынка. Машиностроительное производство способно предложить
новые технологии на основе современных материалов, обладающих высоки-
ми прочностными и технологическими свойствами, имеющих весьма разно-
образные профили и номенклатуру. Действующая в нашей стране система
разработки и постановки продукции на производство позволяет охватить
весь комплекс проблем, решаемых конструкторами, только на основе сис-
темного конструирования, использования широкого спектра передовых на-
учных методов и способов подхода к проектированию с применением новых
информационных технологий и технических средств.
Особенностью лесохозяйственных машин является то, что они имеют
дело со специфическим предметом труда и функционируют исключительно в
окружающей среде лесохозяйственного производства и вытекающих отсюда
особых требований. Эти обстоятельства накладывают решающие ограниче-
ния на выбор конструктивных решений при разработке конструкторской до-
кументации.
Целью разработки концепции конструирования роторных рабочих
органов является сокращение сроков создания лесохозяйственных
машин. Для решения поставленной цели необходимо решить сле-
дующие задачи:
1) создать метод системного конструирования роторных рабочих ор-
ганов на основе системного анализа и синтеза, который бы учиты-
вал особенности лесохозяйственного производства, требования
экологичности и безопасности жизнедеятельности;
2) повысить надежность создаваемых устройств за счет всесторонне-
го учета при проектировании факторов, влияющих на функциони-
рование рабочих органов, снизить вероятность ошибок конструи-
рования за счет проработки технических решений и моделирова-
ния на ЭВМ;

110
3) понизить материалоемкость изделий за счет применения новых
конструкционных материалов, обладающих повышенной прочно-
стью, а также за счет использования облегченных профилей;
4) снизить затраты на разработку конструкторской документации и
повысить ее качество на основе использования новых информаци-
онных технологий и повышения квалификации разработчиков.
3.1.1 Учет требований лесного хозяйства при
конструировании машин
Результаты лесохозяйственного производства, как части лесного хо-
зяйства, напрямую зависят от применяемых машин, оборудования, инстру-
ментов и технологических приемов. В свою очередь, само производство
предъявляет к средствам труда биотехнические, технические, экономические,
социальные и экологические требования.
Лесное хозяйство имеет свои особенности, которые учитываются при
конструировании:
1) лесной фонд находится в государственной собственности и вся-
кая деятельность в нем, в т.ч. и производственная, жестко регу-
лируется законами и нормативными документами;
2) результаты лесохозяйственной деятельности зачастую не имеют
видимой сиюминутной отдачи, которая может проявляться толь-
ко через много лет;
3) основные средства производства, лесной фонд и земля по своим
размерам и качеству не увеличиваются, а сокращаются в связи с
техногенным воздействием на природу;
4) предметом труда часто являются живые организмы, обладающие
специфическими свойствами. Физико-механические свойства
предмета труда очень разнообразны и до настоящего времени
полностью не изучены;
5) производство носит сезонный характер и сильно зависит от кли-
мата, рельефа местности, погодных условий. Большая часть про-
изводства осуществляется в зонах с долговременной мерзлотой,
на переувлажненных почва, в горных условиях;.
6) неразвитость дорожной сети и инфраструктуры производства,
отдаленность от мест базирования техники и рабочей силы, низ-
кая концентрация средств производства на единицу площади,
высокий процент ручного труда.
Особенности лесного хозяйства учитываются при конструировании и
изготовлении машин, при организации их эксплуатации и технического об-
служивания.
Анализ конструктивных решений применяемых технических уст-
ройств показывает, что наибольшее распространение в лесном хозяйстве по-

111
лучили мобильные машины, работающие в составе агрегата. Это объясняется
сезонностью лесохозяйственного производства, малой концентрацией пред-
мета труда на единицу лесохозяйственной площади, невозможностью и не-
рациональностью его транспортирования для переработки. Как в сельском,
так и в лесном хозяйстве машины работают в составе производственных
комплексов.
Лесохозяйственные машины относятся к изделиям машиностроения,
которые отличаются не только высокими затратами на их разработку и изго-
товление, но и затратами на эксплуатацию, техническое обслуживание, ре-
монт и транспортирование.
Поскольку стоимость зарубежных аналогов лесохозяйственных ма-
шин с учетом доставки их через таможенные барьеры является очень высо-
кой, то существует настоятельная необходимость в разработке и совершенст-
вовании отечественных машин, которые бы по своим техническим парамет-
рам не уступали зарубежным образцам.
Разработка новых лесохозяйственных машин часто длится несколько
лет, требует значительных материальных и интеллектуальных затрат. Для со-
кращения сроков разработки следует использовать концепцию конструиро-
вания с использованием системного анализа и системного синтеза на основе
учета большого числа технологических факторов, высокой технической
сложности изделий и длительного срока окупаемости.
Теории конструирования сельскохозяйственных и лесохозяйствен-
ных машин, как самостоятельные научные направления, имеют очень много
общих подходов, хотя исторически начала разрабатываться раньше теория
сельскохозяйственных машин. В настоящее время теория конструирования
лесохозяйственных машин оформилась в отдельное научное направление,
которая обобщает новые и новейшие достижения по проектированию, изго-
товлению и эксплуатации машин для лесного хозяйства.
3.2 Основные принципы разработки концепции
конструирования роторных рабочих органов
Согласно общей теории конструирования машин под концепцией по-
нимают схему решения задачи создания технической системы.
Цель – обеспечение поиска оптимальной конструкции в наиболее ко-
роткие сроки с наибольшей вероятностью. При выборе известных способов и
их совершенствовании руководствуются следующими требованиями:
1) учет особенностей решения задачи конструирования объекта, хотя
процесс проектирования регламентируется действующими стан-
дартами независимо от типа изделия и вида конструирования с же-
стким разграничением задач;
2) возможность выбора оптимальных решений. Применение методов
оптимального конструирования дает возможность с системных

112
позиций и с минимальными затратами времени находить наилуч-
шие технические решения;
3) отсутствие противоречий с методами, применяемыми в других об-
ластях науки и техники. Методика конструирования расширяется
за счет использования апробированных методов на основе фунда-
ментальных научных дисциплин;
4) возможность применения компьютеров при конструировании. Ме-
тоды проектирования должны иметь четкий алгоритм принятия
решений, строгий язык представления результатов проектирования
(в виде конструкторской документации);
5) обеспечение роста производительности конструкторского труда,
улучшение условий работы, повышение квалификации;
6) возможность совершенствования методики и пополнения базы
данных, преемственность с предшествующими методами.
Наиболее в полной мере вышеуказанным требованиям удовлетворяют
методы системного конструирования, изложенные в работах зарубежных [54
- 59, 62, 69, 75, 85,136,137] и отечественных авторов [61, 63, 64, 67, 68, 77 –
80, 96,99,121,122].
Основы концепции конструирования лесохозяйственных машин из-
ложены нами в опубликованной работе [60]. Суть подхода заключается в
том, что лесохозяйственная машина – объект проектирования, представляет-
ся как техническая система, имеющая сложную иерархическую структуру и
тесно взаимосвязанную с окружающей средой, технологическим процессом,
технологическими методами и процессом конструирования. Иерархическая
схема взаимосвязи этих процессов представлена на рисунке 3.1.
По типу решаемых задач представим концепцию в виде четырехуров-
невой системы, в которой каждый уровень имеет свой язык проектирования,
свою систему концепций, принципов и методов. Каждая система оценивается
объектами и связями между ними. Все объекты, входящие в концепцию кон-
струирования, можно условно объединить в пять групп (рисунок 3.1):
1. Задачи, относящиеся к природным объектам (окружающая среда,
предмет труда, измельчаемый материал). Данные задачи являются наиболее
важными, поскольку их решение направлено на удовлетворение потребно-
стей общества и сохранение окружающей среды. Свойства, характеризующие
предмет труда, определяют назначение машины;
2. Задачи, относящиеся к методологии проектирования и организации
функционирования человеко-машинных комплексов;
3. Методы решения технологических задач при конструировании ле-
сохозяйственных машин (процессы, приемы, технологические операции, ра-
бочий ход и рабочий процесс, как единое целое);
4. Задачи, относящиеся к разработке конструкции технической систе-
мы (система машин, машина, рабочий орган, элементы рабочего органа);

113
5. Задачи, относящиеся к разработке конструкторской документации.
Автоматизированное проектирование и разработка конструкторской доку-
ментации на ЭВМ.
5õi
øàã
Òåõíîëîãè÷åñêèé
Ïðåäìåò òðóäà
5õi+1
i +1 i
1õi1õi+1
êîíñòðóèðîâàíèÿ
ýëåìåíò
Èçìåëü÷
õîä
Ðàáî÷èé
ñïîñîá
ìàòåðèàë
Èçìåëü÷àåìûé
4õi+1
3õi+1
2õi+1
4õi
2 ïîðÿäêà
Ïðîöåññ
îðãàí
Ðàáî÷èé
îïåðàöèÿ
Ðàáî÷àÿ
3õi
2õi
5õi-2
i - 1 i - 2 Óðîâíè
1õi-2
2õi-2
Òåõíîëîãè÷åñêàÿ
Îêðóæàþùàÿ ñðåäà
Ïðîöåññ
1 ïîðÿäêà
ìàøèíà
Ðàáî÷àÿ
4õi-1
3õi-1
îïåðàöèÿ
0 ïîðÿäêà
Ïðîöåññ
ìàøèí
Ñèñòåìà
4õi-2
ïðîöåññ
ìåòîä
3õi-2
4 Êîíñòðóêöèÿ
3 Òåõíîëîãèÿ
2 Ìåòîäû
1 Ïðèðîäà
Îáúåêòû
5. Êîíñòðó-
èðîâàíèå
Рисунок 3.1 – Иерархическая схема концепции конструирования
Объекты, входящие в систему, имеют горизонтальные и вертикаль-
ные связи. Сущность системного конструирования заключается в установле-
нии не только свойств объектов, входящих в систему, но и установление
связей между ними. Разработка объектов, входящих в систему, выполняется
в направлении, указанному стрелками (на рисунке 3.1 – справа налево).
Наиболее высоким уровнем, на котором происходит обобщение
свойств объектов более низкого уровня i → i+1, является уровень i+1 (за i -
уровень выбран уровень, на котором происходит проектирование рабочих
органов лесохозяйственных машин). На каждом уровне объекты проектиро-
вания имеют соответствующие горизонтальные связи.
Для природных объектов на низшем уровне разрабатываются эколо-
гические требования, предъявляемые к создаваемой технической системе
[66]. Затем, на основе потребностей рынка и общества, обосновываются тре-
бования, предъявляемые к предмету труда. На высшем уровне решаются за-
дачи, относящиеся к измельчаемому материалу.
Технологическая задача при конструировании машин решается с раз-

114
работкой процессов, приемов, технологических операций, способов и рабо-
чего процесса как единого целого с оптимизацией связей между всеми эле-
ментами. В ходе разработки рабочего процесса, выполняемого лесохозяйст-
венной машиной, определяются рабочие ходы и приемы, а также технологи-
ческие операции с учетом выходных и входных параметров предмета труда, а
также его структуры, свойств и характеристик.
В настоящее время рабочие процессы, выполняемые лесохозяйствен-
ными машинами, разработаны на практическом и теоретическом уровне и
носят характер научных теорий и закономерностей. На современном этапе
развития науки задача заключается в учете разработок специалистов лесного
хозяйства машиностроителями.
Сам процесс конструирования разбивается на несколько этапов, соот-
ветствующих уровню рассмотрения системы:
1 Процесс конструирования нулевого уровня
На данном уровне выполняется выбор системы лесохозяйственных
машин из ряда машин по параметрам, которые рассматриваются как элемен-
ты данной системы. В качестве технологической составляющей на данном
уровне рассматривается технологический процесс, выполняемый на основе
технологического метода и осуществляемый в окружающей среде с учетом
экологических требований.
Данный процесс конструирования, основанный на использовании
компьютерных технологий применительно к машинам для рубок ухода, под-
робно изложен в работах Ю.Ю Герасимова. и В.С. Сюнева [65,66]. В данных
работах основой принятия решений является имитационное моделировании
на ЭВМ модельной лесосеки, обладающей вертикальной и горизонтальной
структурой, с учетом климатических, почвенных и производственных усло-
вий.
Если на основе существующей технологии и конструкций принятие
решения невозможно, то выполняется переход к следующему уровню, на ко-
тором осуществляется разработка конструкции машины.
2 Процесс конструирования первого порядка
Разработка машины осуществляется от агрегата и идет к выявлению
облика требуемой машины, выполняющую соответствующую технологиче-
скую операцию. При таком подходе машина конструируется на основе
структурной схемы из ранее существующих модулей и агрегатов. Рабочий
орган машины выполняет рабочую операцию при взаимодействии с предме-
том труда.
Если какой-либо элемент системы не разработан, то выполняется пе-
реход на следующий уровень
3 Процесс конструирования второго порядка
На данном этапе разрабатываются отдельные детали машин, выпол-
няющие определенные функции на основе чаще всего нового технологиче-
ского способа. На основе деталей конструируются сборочные единицы, не-

115
обходимые для разработки машины. Данный этап является наиболее слож-
ным и требует применения четких процедур и алгоритмов.
Возможен и иной подход к конструированию при котором на перво-
начальном этапе разрабатываются схемы машины, а на их основе общие ви-
ды, сборочные единицы и детали. Такой подход оправдан при разработке
уникальных машин.
Повторяем, что в системе все взаимосвязано, особенно технология и
конструкция. Конструирование любого элемента системы выполняется с уче-
том требований технологии. Любой разрыв связей ведет к ошибкам конст-
руирования.
Из рисунка 3.1 видно, что наряду с основами лесохозяйственных тех-
нологических процессов при конструировании разрабатывают функциональ-
ные требования к лесохозяйственным машинам, причем, усложнение со-
ставляющих технологического процесса ведет к усложнению технической
системы. Функциональные требования прорабатываются еще до обоснования
общей структуры самого изделия.
Порядок разработки конструкторской документации регламентирует-
ся действующими стандартами, которые должны обеспечить системный под-
ход к конструированию. Однако, разделение процесса разработки конструк-
торской документации на этапы и фазы, хотя и обеспечивает системность
выполняемых работ, само по себе не ведет к оптимальным проектным реше-
ниям. Предлагаемая концепция предусматривает оптимальные методы кон-
струирования на каждом этапе.
В соответствии с ЕСКД процесс разработки конструкторской доку-
ментации разбивается на три этапа:
1 Постановка и уточнения задачи;
2 Разработка принципов решения;
3 Согласование принципов решения с условиями изготовления и экс-
плуатации.
Разработка концепции конструирования не является самоцелью, она
является результатом удовлетворения потребностей общества и находится в
постоянном совершенствовании. Потребности в механизации процессов ле-
сохозяйственного производства обуславливают необходимость рационализа-
ции и оптимизации отдельных операций данного процесса. На их основе по-
следовательно разрабатывается конструкторская документация и технологи-
ческая подготовка производства технических средств, которые способны
реализовать рабочий процесс.
На рисунке 3.2 изображена схема решения задачи по разработке кон-
структорской документации при создании лесохозяйственных машин.
Целью конструирования является оптимальный переход от входной
величины Вх к выходной Вых на основе системных и логических процедур, а
также базы данных закономерностей, принципов действия и конструктивных
решений, с учетом воздействия внешних условий Ву с получением дополни-

116
тельного эффекта Эф. На выходе из системы имеют полное описание реали-
зуемого метода, структуры разрабатываемого для реализации данного метода
технического средства и конструкторской и технологической документации,
необходимой для изготовления, контроля и эксплуатации изделия. Процеду-
ра конструирования жестко регламентируется действующими стандартами и
в частности предусматривает следующие этапы:
1 Прогнозирование развития науки и техники (варианты решения)
[56, 59, 74,75,77,78,79,80];
2 Фундаментальные исследования (постановка задачи, теоретические
и экспериментальные исследования, предложения по использованию резуль-
татов);
3 Прикладные исследования (выработка пути решения с эксперимен-
тальным подтверждением);
ìàòåðèàëîâ
Íàêîïèòåëü ìåòîäè÷åñêèõ
ïðîèçâîäñòâà
ïîäãîòîâêà
Òåõíîëãè÷åñêàÿ
äîêóìåíòàöèè
êîíñòðóêòîðñêîé
Ðàçðàáîòêà
Ðàçðàáîòêà ìåòîäîâ ðåøåíèÿ
òèâíûõ ýëåìåíòîâ è ò.ä.
ïðèíöèïîâ ðàáîòû, õàðàêòåðèñòèê êîíñòðóê-
Íàêîïëåíèå äàííûõ, çàêîíîìåðíîñòåé,
ÍÈÐ è ÎÊÐ ÅÑÊÄ 1
Òåõíè÷åñêàÿïîäãîòîâêàïðîèçâîäñòâà
Âó
Ïîòðåáíîñòüðûíêà
Âõ
çàäà÷è
3 4 5 6 7 8 92
Ýô
òåõíè÷åñêîé
ñòðóêòóðû
Îïèñàíèå
ìåòîäà
Îïèñàíèå
äîêóìåíòàöèÿ
Ïîëíîåîïèñàíèåìåòîäà,
ñòðóêòóðûòåõíè÷åñêîãîñðåäñòâà,
èòåõíîëîãè÷åñêîéäîêóìåíòàöèè
Âûõ
Рисунок 3.2 – Схема концепции разработки конструкторской доку-
ментации: Вх – входная величина; Вых – выходная величина; Ву – воздействие внешних
условий; Эф - дополнительный эффект; НИР и ОКР, ЕСКД, ЕСТД, 1.2… – номенклатура
этапов производственного процесса и показатели
4 Разработка и освоение производства изделия (регламентируется
ЕСКД).
Внешние условия Ву оказывают воздействия на процесс конструиро-
вания, а внешний эффект Эф реализуется в виде методического опыта. На
современном этапе развития информационных технологий данные процеду-

117
ры выполняются на основе САПР и ГИС.
Используя методы системного подхода, этапы процесса разработки
конструкторской документации лесохозяйственных машин можно условно
разбить на фазы. На рисунке 3.3 изображена схема, поясняющая суть предла-
гаемого подхода к конструированию лесохозяйственных машин. Система
разбивается на отдельные блоки, объединенные видом выполняемых работ, и
имеет по крайней мере два потока.
Поток 1 предусматривает на входе государственные, социальные,
экологические и рыночные потребности (блок Е). Процесс разработки конст-
рукторской документации можно условно разделить на 3 этапа (уровня)
(1,2,3), и по крайней мере на 7 фаз (ПЗ, ФУ, ФС, ОС, ПС, ПП, ПФ). Проце-
дуры выполнения работ, входящих в поток 1, регламентируются ЕСКД.
Подробно остановимся на описании потока 2, предусматривающего
накопление данных, закономерностей, принципов действия, методов проек-
тирования, свойств материалов и т.д. (блок ИБ). На выходе из системы имеем
прирост информации в виде опыта, накопленного при проектировании. Схе-
ма обладает обратными связями. Концепция конструирования (блок К) пре-
дусматривает постановку задачи проектирования (ПЗ), разработку функций,
выполняемых изделием (Ф), топологию конструирования (Т) и принципа
действия (ПД). Процесс функционирования информации при проектировании
можно условно разбить на три этапа: разработка концепции конструирования
(К); проектирование, включающее в себя обоснование принципа работы (ПР)
и разработку проектной документации (П); конструирование, предусматри-
вающее разработку конструкторской документации, дающей полное описа-
ние структуры (ПОС). Информационная составляющая конструирования раз-
работана на современном этапе недостаточно. Этапы, входящие в поток 2,
жестко не регламентируются и трудно поддаются алгоритмизации.
Исходя из предпосылок системного подхода, можно сформулировать
объект проектирования как техническую систему (ТС) – абстрактное отра-
жение комплекса взаимосвязанных технических средств, обеспечивающих
изменение физико–механических и технологических свойств предмета труда
с учетом социально-экологических и рыночных потребностей. Из сформули-
рованного определения следует вывод, что объект проектирования следует
рассматривать только в полной связи с технологическим процессом.
Концепция конструирования (К), разрабатываемая в настоящей главе,
(conception desing) представляет только схему решения поставленной задачи
создания ТС, замысел способа действия ТС или его конструкцию (первая
конкретизация структуры и состояния изделия).
На входе в поток 2 имеем информационный банк данных (И), пред-
ставляющий собой совокупность необходимых для проектирования данных
(базы данных по машинам и оборудованию, параметры окружающей среды,
климата, рельефа, характеристики почв и предмета труда, способы и методы
расчетов и конструирования и т.д.).

118
На выходе из системы, помимо полного описания ТС, получаем до-
полнительный эффект в виде приращения информации. Разделение процесса
проектирования на два потока является условным. Как ранее отмечалось, це-
лью конструирования (разработки конструкторской документации) является
оптимальный переход от блока Е к полному описанию структуры. Целью
функционирования информационного потока проектирования является мак-
симальное приращение информации на выходе. На рисунке 3.3 показаны
только горизонтальные связи между элементами системы, хотя система пре-
дусматривает и вертикальные связи. Вертикальные связи функционируют
следующим образом. На входе в систему имеем информацию о потребностях
(И), а на выходе – реальный объект (О) и приращение информации (∆И): И
→ О + ∆И. В свою очередь выход из системы является входом для другого
элемента. На каждом этапе имеем приращение информации. Первым резуль-
татом проектирования является концепция конструктивного вида (К) (первая
конкретизация структуры), включающая Ф – функцию, Т – топологию и ПД –
принцип действия (Я. Дитрих [54]). Далее существует возможность выбора
вариантов (И, О, ПД, Т) V (Ки, О, ПД, Т), где Ки – известная конструкция.
Если Ки отсутствует, то процесс проектирования переходит к блоку проекти-
рования (projecting), включающий функции ПР и П. Выход из блока проек-
тирования является входом в блок конструирования, результатом которого
является конструкция К (construction). В данном блоке осуществляется опре-
деление структуры, формы и размеров. Операторами информационной сис-
темы являются примеры, аналоги, базы данных, а операторами конструиро-
вания – методы, методики, критерии и т.д.
Методология конструирования технических систем с использованием
системного подхода разрабатывалась российскими и советскими учеными
(Ю.С. Мелещенко, Э.Г. Юдин, Б.И. Иванов, В.В. Чешеев, Т.Н. Волков, А.В.
Петрова, П.И. Орлов, К.В. Фролов. А.Ф Крайнев. и др.) и зарубежными ав-
торами (Э. Диксон, П. Хилл, Дж. Джонсон, А. Хол, Дж. Диксон, А. Крик, Б.
Хокс, Я. Дитрих и др.). Вышеназванные авторы предлагают объект проекти-
рования рассматривать как техническую систему, имеющую свою структуру,
состоящую из элементов со всеми взаимосвязями. Задача проектирования
решается для части с учетом целого. Опубликованные работы в недостаточ-
ной степени учитывают лесохозяйственную специфику объекта проектиро-
вания.
Системное конструирование базируется на решении задач, у которых
известна входная и выходная информация, а также алгоритм перехода. Сис-
темное проектирование базируется на формальных приемах (по Дж. Джонсо-
ну [69]): М – модель проектирования; ИД – исходные данные; ОГ – ограни-
чения; ПР- проектные решения; ОЦ – оценки проектных решений; МТ – про-
цедуры (методы). Логическая схема конструирования строится на декомпо-
зиции исходной задачи.

119
Ðàçðàáîòêàêîíöåïöèèêîíñòðóèðîâàíèÿ
êà÷åñòâåííîå îïðåäåëå-
ïàðàìåòðîâ è ìàòåðèà-
Ïîëíîå îïèñàíèå ñòðóêòóðû,
ÔÓ
2.Ðàçðàáîòêàïðèíöèïà
îïðåäåëåíèå ïîäñèñ-
òåìû è åå ñâÿçåé ñ
äðóãèìè ñèñòåìàìè
ôóíêöèîíàëüíîå îïèñà-
Îïðåäåëåíèå ñòðóêòóðû,
Êîëè÷åñòâåííîå è
íèå ãåîìåòðè÷åñêèõ
ëîâ äëÿ ñèñòåìû
îò èåðàðõèè
íàçíà÷åíèÿ
ëîâ â çàâèñèìîñòè
ëîâ â çàâèñèìîñòè
îò ôóíêöèîíàëüíîãî
ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé
Ôóíêöèîíàëüíîå
èóñëîâèÿìèýêñïëóàòàöèè
3.Ñîãëàñîâàíèåðåøåíèé
ñòåõíîëîãèåéèçãîòîâëåíèÿ
ÏÔ
ÏÏ
ÏÑ
ðåøåíèÿ
ÎÑ
ÔÑ
íèå ñòðóêòóðû
ôóíêöèé è óñëîâèé
Ôîðìóëèðîâàíèå
Ôàçû
Ãîñóäàðñòâåííûå, ñîöèàëüíûå
è ýêîëîãè÷åñêèå ïîòðåáíîñòè
Ïîòðåáíîñòè ðûíêà1.Ïîñòàíîâêàçàäà÷è
Ýòàïûèóòî÷íåíèå
ÏÇ
Å
óòî÷íåíèå çàäà÷è
Ôîðìóëèðîâêà è
1
äåéñòâèÿèçäåëèÿ,ìåòîäîâïðîåêòèðîâàíèÿ
Íàêîïëåíèåäàííûõ,çàêîíîìåðíîñòåé,ïðèíöèïîâ
(Ô)
ïðè ïðîåêòèðîâàíèè)
(îïûò, íàêîïëåííûé
Èíôîðìàöèÿ
(îïðåäåëåíèåôîðìû
Êîíñòðóèðîâàíèå
èðàçìåðîâ)
(ÏÎÑ)
îïèñàíèå
Ïîëíîå
ñòðóêòóðû
(Ò)
(ÏÄ)
Ïðèíöèï
äåéñòâèÿ
ÒîïîëîãèÿÏðîåêòèðîâàíèå
Ê
(ÏÐ)
Ïðèíöèï
ðàáîòû
(Ï)
Ïðîåêò
Âûõ
ÈÁ
Èíôîðìàöèîííûé
Ïîñòàíîâêà
çàäà÷è
(ÏÇ)
Ôóíêöèÿ
áàíê äàííûõÈ
2
Рисунок 3.3 – Схема системного подхода конструирования
лесохозяйственных машин

120
Анализ литературных источников показывает, что полной системы
конструирования лесохозяйственных машин до настоящего времени не соз-
дано. Среди работ, посвященных системному конструированию сельскохо-
зяйственных машин, хотелось бы отметить ранее цитируемую работу немец-
ких авторов Г. Бунге (H. Bunge) и Г. Ихле (G. Ihle) [58]. В известных рабо-
тах достаточно полно разработан методологический материал системного
конструирования, однако общим их недостатком является отсутствие выхода
на разработку конструкторской документации на ЭВМ в виде чертежей.
Для описания технических систем используют различные методы. Из
применяемых методов описания объектов проектирования (лесохозяйствен-
ных машин) можно назвать: способ блок-схем (Ю.Ю. Герасимов, В.С. Сюнев
[65], Д.Г. Шимкович [67], Ф.В. Пошарников [77]); аналитическую запись
(В.А Александров., И.М. Бартенев, Ю.А. Добрынин[ 80]); метод граф (В.И.
Посметьев [68]); метод матриц (В.А. Лозовой). Рассматриваются последова-
тельные, параллельные, расходящиеся и сходящиеся машинные комплексы
технических средств с последовательной обратной связью.
Из методов конструирования, используемых при разработке лесохо-
зяйственных машин, следует отметить эвристические программы (случайный
поиск), морфологический (синтезирующий) метод (метод «морфологическо-
го ящика»); метод аналогий и подобия; метод «черного ящика»; метод выяв-
ления и устранения противоречий; метод «мозгового штурма» с разработкой
таблиц приемлемости; использование статистического анализа и оптимиза-
ции (прогнозирование параметров); кинематический, динамический анализ и
моделирование; унификация и стандартизация; применение патентного ана-
лиза и др. Вышеназванные методы применяются на всех трех этапах процес-
са разработки конструкторской документации (постановка и уточнение зада-
чи, разработка принципа решения, согласования принципа решения с усло-
виями изготовления и эксплуатации).
В последние годы в связи с развитием САПР находит широкое при-
менение метод функционально-стоимостного анализа (ФСА). Основой дан-
ного метода является системный подход, функциональный анализ и синтез,
стоимостная оценка функций [75]. Основные принципы организации ФСА:
1) при поиске оптимальных вариантов технических решений объекта проек-
тирования (ОП) рассматривается как комплекс абстрактных функций; 2) ка-
ждая функция ОП и его элементов оценивается с системных позиций; 3) про-
рабатываемые технические решения подлежат экономической оценке; 4)
проектирование осуществляется в границах, задаваемыми допустимыми ли-
митами по каждой функции; 5) исключение бесполезных и вредных функций
и конструктивных элементов; 6) решения прорабатываются в многовариант-
ном виде; 7) применение алгоритмов выполнения процедур и операций; 8)
общественная оценка решений. При решении оптимизационных задач при
проектировании рассматриваются три уровня оптимизации ТС: 1) принципа
действия ТС; 2) структуры ТС; 3) параметров ТС. Для рабочих органов лесо-

121
хозяйственных машин наибольший эффект приносит оптимизация на самом
первом этапе (принцип действия ТС). В качестве основной проблемы опти-
мизации при конструировании следует отметить многокритериальность с
противоречивыми целевыми функциями. Системный подход и оптимизация
требуют значительного числа вычислительных методов проектирования,
особенно при использовании САПР.
3.3 Постановка задачи
Как видно из рисунка 3.3, первым этапом разработки концепции кон-
струирования является постановка задачи ПЗ. В соответствии с ЕСКД дан-
ная проблема решается на стадии технического задания (ТЗ), основой кото-
рого являются лесотехнические требования. Поскольку проектирование но-
вого объекта – сложный и трудоемкий процесс, то необходимо обоснование
потребности в проектировании. Проектирование начинается только в том
случае, если нет существующих ТС для реализации необходимых функций,
либо существует потребность рынка. Для определения потребности рынка
можно использовать метод ФСА, описанный ранее.
Как ранее отмечалось, разработку концепции конструирования ма-
шины следует начинать с обоснования концепции конструирования рабочих
органов. Из рисунка 3.3 видно, что разработка концепции начинается с по-
становки и уточнения задачи (ПЗ). Для лесохозяйственных машин задача
может быть сформулирована следующим образом: Разработать лесохозяй-
ственную машину, которая выполняет заданные функции с высоким качест-
вом работы при минимальном расходе энергии, высокой производительно-
сти, высокой надежностью при низких затратах материальных, трудовых
и денежных ресурсов, высокой безопасности жизнедеятельности и улуч-
шенных условиях труда при минимуме экологического воздействия на окру-
жающую среду. Основные требования, предъявляемые к разрабатываемой
машине, формулируются в виде трех групп: 1) требования к окружающей
среде (экологическая обстановка, научно-техническая, социальная и эконо-
мическая ситуация); 2) требования к заданным функциям; 3 ) требования к
конструкции изделия.
Для рабочих органов лесохозяйственных машин задача может быть
сформулирована следующим образом: Спроектировать рабочий оран, кото-
рый выполняет заданные функции на основе выбранного неэнергоемкого
способа воздействия на предмет труда с учетом предъявляемых к нему аг-
ролесоводственных требований при минимальной материалоемкости и
стоимости изготовления, высокой надежности при минимуме отклонений
от требований, предъявляемых к предмету труда.
На этапе разработки концепции задачи формулируются в виде переч-
ня факторов, которые непрерывно уточняются на момент разработки, а так-
же дается их прогноз. В отечественной и зарубежной практике известно

122
свыше ста методов прогнозирования. Разрабатываемая лесохозяйственная
машина как объект прогнозирования обладает двойственной природой. С од-
ной стороны, это новый вид техники, а с другой – это объект, который функ-
ционирует исключительно в окружающей среде. По признакам масштабно-
сти ее следует отнести к локальным объектам с числом значащих перемен-
ных от 4 до 14 [72, 76]. По степени детерминированности объект проектиро-
вания следует отнести к стохастическим, в которых значительная случайная
составляющая.
Целью уточнения задачи является преобразование информации, по-
лученной при ПЗ, в требования к разрабатываемой лесохозяйственной ма-
шине и к рабочим органам. Сформулированные требования являются осно-
вой на всех этапах разработки конструкции. Особенно они важны при
оценке и выборе вариантов конструктивных решений.
Для уточнений ПЗ могут использоваться методы системного анализа
[69, 72]. На рисунке 3.4 показана блок-схема постановки и уточнения ПЗ. В
работе Джонсона Дж. [69] рассматривается две фазы уточнения ПЗ: уточне-
ние к началу разработки конструкторской документации (КД), ведущее к оп-
ределению цели; текущее уточнение в процессе разработки КД, проводящее-
ся на основе постоянной конкретизации решения.
В работах [58, 69, 73, 75] предлагается моделировать постановку за-
дачи в виде «черного» ящика, с количественным указанием входных и вы-
ходных параметров.
На рисунке 3.5 показана модель постановки задачи разработки кон-
цепции в виде «черного» ящика для рабочего органа почвообрабатывающей
машины. Постановка задачи в виде «черного ящика» позволяет уточнять как
задачи конструктора, так и необходимые требования, предъявляемые к лесо-
хозяйственным рабочим органам. Метод применим к объектам с различной
степенью детализации. Ответы на вопросы, перечисленные на рисунке 3.5,
должны иметь конкретные количественные параметры на базе развития нау-
ки и техники, а также на основании теоретико-экспериментальных исследо-
ваний. Широко используются методы прогнозирования. Анализ методов
прогнозирования, применяемых при проектировании дорожно-строительных
машин, дается в справочниках [77, 78], а в работе В.П. Быкова [82, с. 80 - 81]
приводится Генеральная определительная таблица (ГОТ) для прогнозирова-
ния развития строительных машин. Указанные выше методы совершенно не
учитывают требования экологичности к разрабатываемым изделиям.
Применяя данную методику к конструированию лесохозяйственных
машин, следует учитывать тот факт, что параметры предмета труда и условия
функционирования строго регламентируются агролесоводственными требо-
ваниями. В качестве факторов окружения выбраны условия эксплуатации;
технические требования; экологические и социальные требования. На выходе
из системы имеем отклонения от агролесоводственных, социальных, эконо-
мических и правовых требований. Эти отклонения необходимо минимизиро -

123
Îïðåäåëèòü ïîòðåáíîñòè îáùåñòâà!
Îïðåäåëèòü âûõîäíûå âåëè÷èíû
(Âûõ), îáîñíîâàòü èõ äîñòà-
Îïðåäåëèòü âõîäíûå âåëè÷èíû (Âõ)! Ïðîâåðèòü èõ
Îöåíèòü âíåøíèå óñëîâèÿ, ïðè êîòîðûõ ìîæåò
Îöåíèòü äîïîëíèòåëüíûå âîçäåéñòâèÿ äëÿ
Ïðîâåðèòü íàëè÷èå ñóùåñòâóþùåãî ñïîñîáà
áûòü ðåàëèçîâàí äàííûé ñïîñîá!
Îáîñíîâàòü îïåðàöèè, íåîáõîäèìûå äëÿ
ðåàëèçàöèè äàííîãî ñïîñîáà
Îáîñíîâàòü âîçäåéñòâèÿ äëÿ ðåàëèçàöèè
îïåðàöèé è îïðåäåëèòü ïîäñèñòåìû äëÿ ðåàëèçàöèè
Ïîâòîðíî âûïîëíèòü ïóíêòû 4 è 5
ïî ðåçóëüòàòàì ïóíêòà 7
Âûÿâèòü îøèáêè è óïîðÿäî÷èòü èõ äëÿ
ýôôåêòèâíîãî ðåøåíèÿ çàäà÷è
Ïðîâåðèòü îòðèöàòåëüíîñòü ÷èñëà óðîâíåé
Êàê âîçäåéñòâîâàòü íà ïðåäìåò òðóäà?
Ñîâìåñòíî ñ êàêèì ñïîñîáîì?
Êàêèõ îïåðàöèé òðåáóåò ñïîñîá?
Äîïîëíèòåëüíûå òðåáîâàíèÿ
10
8
9
6
7
íåò
Âîçâðàò èç óðîâíÿ "-1"
Âîçâðàò ñ øàãà "-1"
òî÷íîñòü
äîñòàòî÷íîñòü
ðåàëèçàöèè ñïîñîáà
äà
5
4
äà
3
2
äà
íåò
íåò
íåò
1 (Âõ)
Âûõ(±∆ Âûõ)
Ïåðåõîä íà óðîâåíü "-1"
Ïåðåõîä ê øàãó "-1"
ìàòåðèàëà
Ïàðàìåòðû
èçìåëü÷åííîãîÏàðàìåòðû
òðóäà
ïðåäìåòà
âîçäåéñòâèÿ âîçíèêàþò?
Êàêèå äîïîëíèòåëüíûå
Âõ(±∆ Âõ)
Рисунок 3.4 – Блок-схема уточнения ПЗ

124
Вх (±±±±∆∆∆∆Вх)
Почва лесная необработанная, суглинок
с древовидными включениями
В у
Условия эксплуатации
- агролесоводственные требования:
глубина обработки почвы;
степень крошения почвы;
степень заделки растительных остатков;
климатические условия и рельеф местности;
размеры и количество корней и других включений;
размеры и конфигурация участка;
параметры бывшего древостоя
разновидность и текущее состояние почвы;
удаленность от технической базы;
сроки выполнения работ
-технические требования:
доставка к месту работы;
базовый трактор, тип агрегата;
скорость движения агрегата, глубина колеи;
расход ГСМ, требования к обслуживанию;
устойчивость движения агрегата, загрязнения;
параметры поверхности движения;
нагрузки, производительность
- условия изготовления:
уровень развития техники;
материал, заготовка, технология изготовления;
показатели надежности, износ;
зргономические требования
Экологические и социальные требования:
затраты, количество и квалификация персонала;
охрана жизнедеятельности, безопасность;
охрана окружающей среды, уровень механизации
Правовые требования
Рисунок 3.5 – Схема модели почвообрабаты-
вающего рабочего органа в виде “черного
ящика”
Обработка почвы
--------------------------
Машинно-
тракторный
агрегат
Вых (±±±±∆∆∆∆Вых)
Обработанная почва,
плотность – 1,1 г/см3
Результаты, не вошедшие
в Вых
Отклонения от агролесо-
венных требований:
высота микронеровностей
на дне борозды;
огрехи
Отклонения от социаль-
ных требований
Отклонения от экономи-
ческих требований
Отклонения от правовых
требований
→→→→ min

125
вать. На начальной стадии проектирования взаимовлияние факторов окруже-
ния, как правило, не учитывают.
Уточнение задачи предполагает преобразование информации, имею-
щейся при постановке задачи, в агролесоводственные требования, предъяв-
ляемые к разрабатываемому изделию. Эти требования являются основой для
разработки и выбора вариантов существующих конструкций.
3.4 Функциональный анализ
Из рисунка 3.3 видно, что вторым этапом разработки концепции кон-
струирования лесохозяйственных машин является разработка функции изде-
лия (Ф), которая осуществляется на основе функционального анализа.
Приведенный в главе 1 анализ конструктивных особенностей ротор-
ных рабочих органов доказывает, что рассмотрение любого конструктивного
элемента изделия невозможно без анализа выполняемых им функций.
В настоящем разделе за теоретическую основу рассмотрения функ-
ций, выполняемых роторными рабочими органами, взят морфологический
анализ, суть которого состоит в расчленении общей функции проектируемо-
го изделия на частные и отыскание рациональных способов их выполнения.
Сочетание способов выполнения всех частных функций дает вариант реали-
зации технического решения. Для наглядности представления результатов
анализа используются матричные и табличные методы [69, 75]. Морфологи-
ческий анализ начинается с выделения частных функций, выполняемых ле-
сохозяйственной машиной. Для объекта проектирования первоначально ана-
лизировались выполняемые функции, а затем давалось конструктивное
(структурное) описание. Рассмотрение метода дается на примерах.
3.4.1 Общая классификация лесохозяйственных машин
по функциям, выполняемым рабочими органами
Разработка концепции предусматривает обязательную классифика-
цию объектов проектирования. Лесохозяйственная машина является целесо-
образной технической системой (машиной), особенности которой можно вы-
явить только по взаимоотношению их рабочих органов с предметом труда по
следующим признакам:
1 Тип предмета труда;
2 Способ воздействия рабочих органов на предмет труда;
3 Изменение внешней формы и размеров предмета труда;
4 Изменение внешней структуры, физико-механических, технологи-
ческих и потребительских свойств предмета труда;
5 Изменение внутренней структуры предмета труда;
6 Изменение положения предмета труда в пространстве.

126
Общая теория машин дает три основных типа предмета труда: мате-
риал; энергия и информация. Строго говоря, любая лесохозяйственная маши-
на имеет дело со всеми тремя типами предмета труда, однако целью любого
рабочего процесса лесохозяйственного производства является изменение ма-
териалов. В связи с этим лесохозяйственные машины однозначно следует от-
носить к ТС, определяемых материалом. Таким образом, элементом ТС, оп-
ределяющим основное функциональное назначение лесохозяйственной ма-
шины, является рабочий орган (РО), непосредственно взаимодействующий с
предметом труда и изменяющий его свойства. Все остальные структурные
элементы и подсистемы выполняют вспомогательные функции [П.М. Мазур-
кин/ Функциональная классификация лесных машин // Лесной журнал, 1994.
- № 1, - С. 47 – 50].
Как видно из схемы, показанной на рисунке 3.1, функционирующая
лесохозяйственная машина имеет как минимум три составляющих: конструк-
тивная – сама машина; технологическая – технологическая операция и ин-
формационная – управление машиной.
Морфологический анализ конструкций лесохозяйственных машин и
выполняемых ими рабочих процессов показывает, что в настоящее время в
нашей стране наиболее распространенной является схема машины без авто-
матического регулирования и управления. Назовем ее классической лесохо-
зяйственной машиной. Схема такой классической машины приведена на ри-
сунке 3.6.
Морфологический анализ показывает, что классическая лесохозяй-
ственная машина (КЛМ) состоит как минимум из четырех элементов (под-
систем), каждый из которых выполняет различные функции. Рабочие органы
(РО) изменяют предмет труда (Т) от состояния, оцениваемого входной функ-
цией Вх (± ∆Вх), до состояния, оцениваемого выходной функцией Вых (± ∆
Вых) при заданных значениях окружающей среды, оцениваемых функцией
Ву при соответствующих дополнительных воздействиях Эф. Рабочие органы,
взаимодействующие с предметом труда, получают энергию, необходимую
для выполнения заданных функций в требуемой форме от привода (ПР) через
передаточные устройства (ПМ). Несущие элементы машины (НЭ) создают
направление движения машины через опорные элементы, воспринимают на-
грузки металлоконструкции, воспринимают усилия и реакции, возникающие
внутри самой машины. Несущие элементы передают различные воздействия
в окружающую среду.
Информационная составляющая (И) обеспечивает обслуживающий
персонал необходимой информацией для изменения характеристик техноло-
гической операции, выполняемой машиной, в соответствие со свойствами
окружающей среды, заданных параметров технологического метода и других
условий функционирования всей системы ( рисунок 3.1).
Некоторые классические лесохозяйственные машины имеют элемен-
ты автоматического управления, например, предохранительные устройства,

127
È
Ê
Êîíñòðóêöèÿ
ýëåìåíò
Ïðèâîäíîé Ïåðåäàòî÷íûé
ýëåìåíò îðãàí
Ðàáî÷èé
ÏÝ ÏÌ ÐÎ
ÍÝ Íåñóùèé ýëåìåíò
Ýíåðãèÿ
îïåðàöèÿ
Âõ ( ∆ Âõ) Âó
Ò
Âû õ ( ∆ Âû õ) Ýô
Рисунок 3.6 – Обобщенная функциональная схема лесохозяйственной
машины (классической – без системы регулирования и управления)
È
Ê
Êîíñòðóêöèÿ
ýëåìåíò
Ïðèâîäíîé Ïåðåäàòî÷íûé
ýëåìåíò îðãàí
Ðàáî÷èé
ÏÝ ÏÌ ÐÎ
ÍÝ Íåñóùèé ýëåìåíò
Ýíåðãèÿ
îïåðàöèÿ
Âõ ( ∆ Âõ)
Âó
Ò
Âû õ ( ∆ Âû õ) Ýô
Ð
Ðåãóëèðóþùèé ýëåìåíò
Óïðàâëÿþùèé
ýëåìåíò
ÓÝ
ÌÍ
Í
Ìêð
Рисунок 3.7 – Обобщенная функциональная схема лесохозяйственной
машины (с элементами регулирования)

128
которые отключают рабочие органы при перегрузках (ФБН-2). Детальный
морфологический анализ предохранительных устройств лесохозяйственных
машин приведен в работе В.И. Посметьева [68].
Целью дальнейшего развития лесохозяйственных машин является их
автоматизация, которая заменяет или устраняет человека от операций по
управлению машиной с помощью регулирующих элементов. На рисунке 3.7
показана обобщенная функциональная схема лесохозяйственной машины с
элементами управления и регулирования. В этом случае в классическую схе-
му лесохозяйственной машины добавляются элементы, связанные с автома-
тическим управлением (Р), а между рабочим органом и передаточным меха-
низмом устанавливаются управляющие элементы (УЭ). На рисунке в качест-
ве примера приведены системы автоматического регулирования: движение
рабочего органа в зависимости от микрорельефа почвы (МН) (копирование
микрорельефа); автоматического регулирования глубины обработки (Н); ав-
томатическое отключение рабочего органа при перегрузке по крутящему мо-
менту на валу привода (Мкр). Регулирующий элемент может непосредствен-
но воздействовать и на привод.
Таким образом, классификация лесохозяйственных машин по функ-
циональным признакам позволяет особо выделить в их конструкции рабочие
органы, которые должны совершенствоваться в первую очередь. Их конст-
руирование является первоочередной задачей конструкторов. Все другие
элементы машины, особенно относящиеся к области преобразования энергии
и информации, прорабатываются постольку, поскольку это необходимо для
функционирования всей системы.
3.4.2 Морфологический анализ функций,
выполняемых роторными рабочими органами
Как видно из рисунка 3.1, технологический процесс, в котором задей-
ствована лесохозяйственная машина, раскладывается на технологические
операции. Существует несколько вариантов их комбинации в процессе: опе-
рации следуют друг за другом (последовательно); операции выполняются
одновременно (параллельно); операции выполняются по смешанному прин-
ципу. Такая классификация операций позволяет выделить из операций пер-
вичные и вторичные. Многие авторы предлагают подразделять операции,
выполняемые рабочими органами, учитывая поток обрабатываемого в ма-
шинах материала. Поясним это на примере.
В таблице 1.12 даны характеристики отделителей древесной зелени,
применяемых в лесном хозяйстве. Измельчитель ИПС-1,0 может выполнять
операции отделения древесной зелени, измельчения, сепарации и транспор-
тировки. Порядок выполнения операций определяется в конкретном случае
структурой рабочих элементов устройства. Можно проводить сепарацию ма-
териала без транспортировки, однако и транспортировка может выполняться

129
без сепарации. В первом случае сепарация была бы первичной операцией.
На рисунке 3.8 показана схема технологического процесса и техноло-
гические операции, выполняемые измельчителем-сортировщиком (на фраг-
менте «а» показаны технологический процесс и технологические операции,
выполняемые последовательно, а на фрагменте «б» – комбинирование техно-
логических операций в частные функции, «в» – полная и частные функции).
Выход из каждой частной функции является входом для другой частной
функции. На выходе – отсортированная древесная зелень без примесей.
Комбинация частных функций дает вариант конструкции, который затем де-
тально прорабатывается. Число вариантов комбинаций частных функций не-
трудно подсчитать. Для упорядочения реализуемых вариантов частных
функций удобно воспользоваться приемами системного конструирования.
Воспользуемся матричным методом, изложенным в опубликованных
работах [1,5,9, 69]. Пусть Фm – частная функция, выполняемая рабочим ор-
ганом (m - количество выполняемых функций). Каждой функции соответст-
вует входная Вхm и выходная величина Выхn. В таблице 3.1 представлена
матрица для вариантов Рm х n частных функций Ф.
Матрица позволяет рассматривать все возможные варианты комби-
наций частных функций, выполняемых рабочими органами, и находить ком-
бинации для общего решения. Такой принцип был положен в основу графи-
ческой базы данных конструктивных решений роторных рабочих органов.
Содержание элементов матрицы представляет собой систему, вклю-
чающую подсистемы «технологическая операция – рабочий орган» и «из-
мельчающий элемент – измельчаемый материал».
Частные функции связаны с рабочими органами и в общем виде мо-
гут иметь несколько вариантов: один рабочий орган выполняет одну рабочую
операцию; один рабочий орган реализует несколько технологических опера-
ций; несколько рабочих органов реализуют одну рабочую операцию.
В рассматриваемом примере конструктивно выполнено несколько ра-
бочих органов. С целью повышения производительности машины рабочие
органы конструктивно устанавливают последовательно, параллельно и сме-
шанно. При составлении матрицы реализации частных функций это означает,
что одинаковые функции реализуются одновременно одинаковыми рабочими
органами (например, одинаковые измельчающие ножи расположены парал-
лельно и выполняют одинаковые функции, или ножи, последовательно рас-
положенные на роторе, поочередно выполняют одинаковые функции в опре-
деленной временной последовательности). При конструировании лесохозяй-
ственных машин варианты расстановки рабочих органов определяются в свя-
зи с комбинациями технологических операций и технологического процесса,
выполняемого данным устройством.
С учетом системного анализа конструктивных решений рабочих ор-
ганов в таблице 3.2 представлены некоторые варианты реализации элементов
матрицы для измельчителя – отделителя древесной зелени. Из анализа лите-

130
ратурных источников было выяснено, что отделение и измельчение древес-
ной зелени может выполняться рабочими органами: дисковым измельчите-
лем (ИПС-1,0); барабанным (ОДЗ-3,0); роторным с шарнирно закрепленными
измельчающими молотками (АПК-10) или штифтовым (УДА-5). Вертикаль-
ный столбец матрицы позволяет реализовать заданный технологический
процесс. При конструировании следует ограничивать варианты комбинаций
частных функций для одной машины. Однако не следует выбирать для каж-
дой частной функции и только одно приемлемое решение.
Îòäåëåíèå äðåâåñíîé çåëåíè
Âõ ( ∆Âõ) Âûõ ( ∆Âûõ)
Îòäåëåíèå Èçìåëü÷åíèå Ñåïàðàöèÿ
Òðàíñïîðòèðî-
âàíèå
Îòäåëåíèå
Âûõ ( ∆Âûõ)
Èçìåëü÷åíèå âàíèå
Âõ ( ∆Âõ)
âàíèå Ñåïàðàöèÿ
âàíèå
Ñåïàðàöèÿ
à)
á)
Îòäåëåíèå
Âûõ ( ∆Âûõ)
Èçìåëü÷åíèå âàíèå
Âõ ( ∆Âõ)
Ñåïàðàöèÿ
Âõ ( ∆Âõ) =Âõ1
Âûõ1 = Âõ2 Âûõ2=Âõ3
Âûõ ( ∆Âûõ3=
â)
Рисунок 3.8 – Технологический процесс и операции, выполняемые
отделителем древесной зелени

131
Таблица 3.1 - Матрица вариантов реализации частных
функций, выполняемых отделителем древесной зелени
Частная
функция,
Фm
Входная ве-
личина,
Вх1
Выходная вели-
чина,
Вых1
Матрица вариантов реа-
лизации частных функ-
ций,
Рm х n
Ф1
Ф2
Ф3
.
.
.
Фm
Вх1
Вх2
Вх3
.
.
.
Вхm
Вых1
Вых2
Вых3
.
.
.
Выхn
Р21 Р22 Р13 … Р2n
Р31 Р32 Р33 … Р3n
……………………
……………………
……………………
Рm1 Рm2 Рm3 … Рmn
Приведенный пример показывает, что использование матричного ме-
тода позволяет эффективно конструировать машины на основе системного
анализа. Естественно, такую систему необходимо дополнить блоками, реали-
зующими графические базы данных с выдачей рабочей документации и за-
кономерностями с методиками расчетов. Матричный метод позволяет легко
классифицировать рабочие органы по выполняемым ими функциям. Однако
в настоящее время не существует однозначного определения и классифика-
ции технологических процессов и технологических операций в лесном хо-
зяйстве. Такую работу, безусловно, следует проводить особенно в связи с ав-
томатизацией процесса разработки конструкторской документации. Гораздо
детальнее проработаны вопросы систематизации рабочих органов по их кон-
структивным особенностям.
После того как осуществлен выбор допустимых вариантов реализа-
ции частных функций Фm, их необходимо скомбинировать.
Комбинация допустимых вариантов реализаций частных функций Рm х n
является важнейшим шагом к составлению всей функции, выполняемой ма-
шиной.
Возвращаясь к рассматриваемому примеру и матричному методу,
возможные реализации располагаются в нужной последовательности для
всех комбинаций, а затем удаляют из матрицы неприемлемые комбинации.
Критерием отбора является направление потока обрабатываемого материала
(такой метод подробно изложен в работе В. Прагера [83]). В таблице 3.3 при-
ведена матрица комбинаций реализаций частных функций, составленная на
основе матрицы, изображенной в таблице 3.1.
Условием выбора вариантов является последовательность операций в
зависимости от потока обрабатываемого материала (например, нельзя прово-
дить сепарацию перед измельчением, т.е. важна последовательность: Ф1, Ф2,

132
Ф3) (рисунок 3.8). Число приемлемых комбинаций равно произведению чис-
ла частных функций на число возможных реализаций. Для функций Ф1 и Ф3
имеются только по одному допустимому решению. На основе матрицы,
представленной в таблице 3.3, составляются варианты комбинаций реализа-
ции и возможные последовательности выполняемых операций (таблица 3.4).
Следует помнить, что хотя чисто теоретически измельчение может выпол-
няться перед отделением хвои, практически такой вариант является нерацио-
нальным. В таблице приведены далеко не все комбинации частных функций.
Сделано это для того, чтобы не загромождать последующий анализ.
Оценка решений, приведенных в таблице 3.4, показывает, что вариант
реализации К7, удовлетворяющий поставленным требованиям, реализован в
цехе для производства витаминной муки (лесокомбинат «Осмолода» комби-
ната «Прикарпатлес»). В цех подается предварительно отделенная от сучьев
зеленая масса, которая на станке «Волгарь-5», снабженным первичным из-
мельчающим аппаратом в виде барабана с криволинейными ножами и вто-
ричным измельчающим аппаратом в виде ножевых вставок, дважды измель-
чается (Ф1) и подается транспортером (Ф2) на мельницу (Ф3), а затем сорти-
руется на сите (Ф4). Крупные отходы выбрасываются в сторону, готовая мука
накапливается в бункере-накопителе.
Некоторые варианты не реализованы.
Приведенный в таблице 3.2 пример, показывает, что морфологиче-
ский анализ функций, выполняемых роторными рабочими органами, являет-
ся эффективной основой для системного конструирования.
Если для реализации частных функций, представленных на рисунке
3.8, нет известных вариантов способов и конструкций, то разрабатывают но-
вые решения. Большую помощь в этом может оказать систематизация конст-
руктивных решений в смежных отраслях экономики (сельское хозяйство и
сельскохозяйственное производство). Направления совершенствования
функциональной модели роторных рабочих органов лесохозяйственных ма-
шин связано с сокращением числа функций и повышением их гибкости. На
основе функционального описания объекта проектирования строится его
структурное описание (приведено в правой колонке таблицы 3.4). Для этого
необходима база данных, в которой бы каждое функциональное назначение
элемента было связано с его структурно-конструктивной реализацией. Такая
база данных со строгой классификацией составлена для кинематических пар
механизмов машин (И.И. Артоболевский [127]).
Анализ технологических процессов сельского и лесного хозяйства
показывает, что однозначного определения и систематизации технологиче-
ских процессов с детальной разбивкой на составляющие их технологические
операции, рабочие пары и частные функции с целью системного конструиро-
вания нет по настоящее временя. Это препятствует разработке классифика-
ции рабочих органов и агрегатов лесохозяйственных машин в зависимости от
выполняемых функций.

133
Таблица 3.2 - Пример частичной реализации матрицы частных функций для отделителя-измельчителя
Частичная реализацияЧастная
функция
Ф
Входная
величина
Вх
Выходная
величина
Вых
1 2 3 4
Ф1
Отделение
и
измельче-
ние
Древесная
зелень - хвой-
ная лапка дли-
ной до 40 мм и
диаметром
веток до 5 мм
и сроком хра-
нения не более
3 суток
Измельченная
древесная зе-
лень с длиной
резки 25 мм и
степенью ого-
ления до 90 %
Дисковый руби-
тельный аппарат
Барабанный ножевой
аппарат
Роторный аппа-
рат с шарнир-
ными ножами Штифтовый аппарат
Ф2
Сортиров-
ка и очист-
ка
Измельченная
древесная зе-
лень с длиной
резки 25 мм и
степенью ого-
ления до 90
Хвоя без при-
меси древес-
ных остатков
и других за-
грязнителей
Шнековый
транспортер -
очиститель
Прутковый элеватор
Барабанный гро-
хот Транспортер-
дробитель
Ф3
Транс-
портиро-
вание
Хвоя без
примеси дре-
весных ос-
татков и дру-
гих загрязни-
телей
Хвоя, подан-
ная в транс-
портное сред-
ство
Ленточно-
пластинчатый
транспортер
Прутковый элеватор
со скребками
Скребковый
ленточный
транспортер
Роторный ковшо-
вый транспортер

134
Таблица 3.3 - Матрица комбинаций приемлемых вариантов
реализации частных функций
Вариант реализации частной функции Ф1Вариант реали-
зации частной
функции Ф2
Р11 Р12 Р13
Р11 (Р11 Р21) (Р12 Р21) …
Р22 (Р11 Р22) … …
Р23 … … …
Таблица 3.4 - Варианты комбинаций частных функций в машине
Частная функцияВари-
ант
ком-
бина-
ции
отделе-
ние
измель-
чение
сорти-
ровка и
очистка
транспор-
тирование Схема комбинации
(по принципу потока мате-
риала)
К1
1 2 0 3
К2
1 0 2 3
К3
1 2 3 4
К4
1 3 2 4
К5
1 3 0 2
К6
1 0 3 2
К7
1 3 4 2
К8
1 4 3 2
К9
1 2 4 3
К10
1 4 2 3

135
3.4.3 Результаты функционального анализа
Анализ конструкций роторных рабочих органов лесохозяйственных
машин и выполняемых ими технологических операций и функций, приве-
денный ранее, показывает, что рабочий орган может выполнять несколько
частных функций, которые могут осуществляться следующим образом:
1 Операции следуют друг за другом;
2 Операции выполняются одновременно;
3 Операции выполняются смешанно.
Часто практикуется установка в машине нескольких рабочих органов,
выполняющих одинаковые функции. Параллельная установка рабочих орга-
нов применяется для повышения производительности либо для уменьшения
размеров рабочих органов. Культиватор КФ-5 имеет 12 вертикальных рото-
ров с шестью ножами на каждом, расположенных параллельно. У культива-
тора КФУ-2,8 установка дополнительных рабочих органов повышает качест-
во обработки почвы.
Отделитель древесной зелени ОДЗ-3,0 снабжен тремя роторными ра-
бочими органами, установленными последовательно, причем каждый из них
имеет индивидуальный привод.
На основе проведенного анализа известных реализаций частных
функций, выполняемых роторными рабочими органами лесохозяйственных
машин, может быть предложена их общая классификация, приведенная в
таблице 3.5. Ниже приведены пояснения к таблице 3.5.
Рабочий орган РО выполняет функцию Ф, которая оценивается вход-
ной величиной Вх с дополнительным эффектом Эф. Воздействия окружаю-
щей среды оцениваются функцией Ву (внешние условия). Рабочий орган РО
может выполнять несколько частных функций Фi, которые в свою очередь
оцениваются n – количеством входных величин и m - количеством выход-
ных величин. Рабочий орган взаимодействует с предметом труда Т, переме-
щаясь в пространстве, оцениваемого координатами X,Y,Z, с поступательной
скоростью Vs и вращательной Vω. На машине может устанавливаться РОо-
одинаковых рабочих органов и РОр-различных рабочих органов. Частные
функции Фi определяют функции отдельных операций технологического
процесса и дают отдельные конструктивные решения и способы технологи-
ческого воздействия на предмет труда (рабочие пары). Частные функции Фi
комбинируются Кi и дают вариант конструкции Рi . Исходя из анализа техно-
логического процесса последовательность функций Фi строго регламентиру-
ется по заданным принципам с выделением первых функций (например, ис-
ходя из технологического процесса обработки почвы, отрезание почвенной
стружки будет первичной функцией, а крошение и перемешивание – вторич-
ными).
На первое место в таблице поставлены отличительные признаки, от-

136
носящиеся к технологии, а затем идут признаки, относящиеся к конструкции
и механике взаимодействия РО с предметом труда.
Систематизирующая точка зрения 1 оценивает соотношения входных
и выходных величин. Отличительным признаком 1.1 характеризуются рабо-
чие органы, у которых число входных величин равно числу выходных. Эле-
ментарным рабочим органом является РО, функция которого оценивается
одной входной и одной выходной величиной. Признаком 1.2 характеризуют-
ся РО, у которых число входных величин превышает число выходных. При-
знаком 1.3 характеризуются РО, у которых число входных величин меньше
числа выходных.
Систематизирующая точка зрения 2 оценивает связь функций и
структур. Элементарным является РО, выполняющий одну функцию (при-
знак 2.1). Отличительным признаком 2.2 можно описать РО, выполняющий
несколько функций, а признаком 2.3 можно оценить комбинацию, при кото-
рой несколько РО выполняют одинаковую функцию.
Систематизирующая точка зрения 3 оценивает соотношение движе-
ния РО и предмета труда. Под отличительный признак 3.1 подпадают РО, ко-
торые взаимодействуют с неподвижным предметом труда, перемещаясь в
пространстве с линейной скоростью оси ротора Vs и угловой скоростью
вращения ω. В данный класс попадают РО большинства почвообрабатываю-
щих машин. Данный класс может подразделяться на подклассы по отличи-
тельному признаку совпадения направлений линейной скорости оси ротора
Vs и линейной скорости движения измельчающих элементов Vω. По данному
признаку РО могут осуществлять попутное (3.1.1) или встречное (3.1.2)
взаимодействие с предметом труда (например, попутное или встречное фре-
зерование почвы).
Под отличительный признак 3.2 подпадают РО, ось ротора которых
неподвижна, а перемещается сам предмет труда. По такому признаку могут
быть классифицированы РО большинства стационарных машин. По направ-
лению линейной скорости измельчающих элементов Vω и скорости переме-
щения предмета труда Vт, РО могут дополнительно подразделяться анало-
гично признакам 3.1.1 и 3.1.2. В качестве примера могут быть приведены
конструкции измельчителей кормоуборочных комбайнов [3]. По отличи-
тельному признаку 3.3 могут классифицироваться РО, взаимодействующие с
движущимся предметом труда, ось ротора которых перемещается в про-
странстве.
Под признак 3.3.1 (в таблице не показано) подпадают РО, направле-
ние линейной скорости оси ротора которых совпадает с направлением дви-
жения предмета труда, а признаком 3.3.2 могут быть охарактеризованы РО,
направление линейной скорости оси ротора которых не совпадает с направ-
лением движения предмета труда. Отметим, что признаком 3.3 не может оце-
ниваться РО, предложенный М.М Шумковым (рисунок 1.36).

137
Таблица 3.5 - Общая классификация роторных рабочих органов лесохозяйственных машин
по выполняемым функциям
Системати-
зирующая
точка зрения
Отличительные признаки и особенности
1. Соотноше-
ние входных и
выходных ве-
личин
ïðè n>=1
n õ Âõ
1.1
Ôi n õ Âûõ
èëè 1 <m<n
ïðè n>1, m=1
n õ Âõ
1.2
Ôi m õ Âûõ
èëè 1 <m<n
ïðè n>1, m=1
m õ Âõ
1.3
Ôi n õ Âûõ
2. Связь функ-
ций и струк-
тур Âõ
2.1
Âó
1 - 1
1 õ ÐÎ
Ýô
1 õ Ôi Âûõ
Âõ
2.2
Âó
1 - n
1 õ ÐÎ
Ýô
n õ Ôi Âûõ
Âõ
2.3
Âó
n - 1
n õ ÐÎ
Ýô
1 õ Ôi Âûõ

138
Системати-
зирующая
3.Соотноше-
ние движения
РО и предмета
труда
3.1
Vs >0
Ò
ÐÎ
Vt=0
Vω > 0
3.2
Ò
ÐÎ
Vω > 0
Vt > 0
Vs = 0
3.3
Vs > 0
Vω > 0
Ò
ÐÎ
Vt > 0
4. Движение
РО в про-
странстве
4.1
Z
Y
X
Vs>0
V =0
Ïîñòóïàòåëüíîå Y
4.2
X
Vs>0
V =0
Ïîñòóïàòåëüíîå
ïåðåíîñíîå +
ïîñòóïàòåëüíîå
êîëåáàòåëüíîå Y
4.3
Z
X
Âðàùàòåëüíîå
V >0
Vs=0
Y
4.4
Z
X
âðàùàòåëüíîå
ïåðåíîñíîå +
Ïîñòóïàòåëüíîå
Vs>0
V >0

139
Системати-
зирующая
5. Расстановка
одинаковых
РО в машине
Параллельное
Vs
Âõ
Âûõ
6.3 ÐÎð1
ÐÎð2
ÐÎðm
V
Vs
Âõ
Âûõ
ÐÎð1
ÐÎð2
ÐÎðm
V
Последовательное
Vs
Âõ
Âûõ
6.3 ÐÎð1
ÐÎð2
ÐÎðm
V
Комбинированное
6. Расстановка
и комбинация
различных РО
в машине
Параллельное
Vs
Âõ
Âûõ
6.3 ÐÎð1
ÐÎð2
ÐÎðm
V
Vs
Âõ
Âûõ
ÐÎð2
ÐÎðm
V
Последовательное
Vs
Âõ
Âûõ
6.3 ÐÎð1
ÐÎð2
ÐÎðm
V
Комбинированное

140
Систематизирующей точкой зрения 4 предлагается классифицировать
РО по кинематике их движения в пространстве. Отличительным признаком
4.1 могут быть классифицированы РО, поступательно перемещающиеся в
пространстве. Кинематика таких РО является наиболее простой, и в наибо-
лее общем виде может быть описана тремя уравнениями: X = X(t); Y = Y(t);
Z = Z(t). По данному признаку могут характеризоваться пассивные РО. При-
знаком 4.2 могут классифицироваться активные РО, совершающие колеба-
тельные движения (нами не рассматриваются). Кинематика таких РО основа-
тельно представлена в работе О.В. Верняева [84]. Признаком 4.3 классифи-
цируются РО, совершающие вращательное движение (аналогично признаку
3.2). Такие РО, как правило, устанавливаются в стационарных машинах.
Признаком 4.4 можно классифицировать РО, совершающие поступательное
переносное и вращательное движение. Кинематика РО, отнесенных к классу
4.4, описывается шестью уравнениями и подробно рассмотрена в работе Ка-
нарева Ф.М. [85].
Систематизирующая точка зрения 5 позволяет классифицировать РО
по их расстановке в машине. Признаком 5.1 классифицируются одинаковые
РО, устанавливаемые в машине параллельно, с целью повышения производи-
тельности. В качестве примера можно привести конструкцию культиватора
КФВ-3,6, в котором установлено 12 вертикальных роторов, выполняющих
одинаковую функцию (рисунок 1.12).
Последовательная установка в машине одинаковых РО, выполняю-
щих одинаковую функцию (признак 5.2), может осуществляться с целью по-
вышения качества измельчения. В качестве примера можно привести ранее
рассмотренную подробно конструкцию отделителя-измельчителя древесной
зелени ОД3-3, который имеет три ротора, барабанного типа. Измельчитель
«Волгарь-5», применяемый в лесном хозяйстве для измельчения хвойной зе-
лени, снабжен двумя измельчающими аппаратами, установленными последо-
вательно, причем конструктивно первый измельчающийй аппарат выполнен
в виде барабана с криволинейными ножами, а второй – в виде измельчителя с
ножевыми вставками.
Комбинированная установка одинаковых РО, выполняющих одина-
ковую функцию (признак 5.3), может выполняться с целью повышения про-
изводительности и качества измельчения. В качестве примера РО, конструк-
ция которого подпадает под признак 5.3, можно привести ротор фрезы (ри-
сунок 1.3), у которой на каждом несущем диске установлено последователь-
но до 8 одинаковых ножей, а одинаковые несущие диски параллельно уста-
новлены на валу.
При помощи точки зрения 6 классифицируется расстановка в машине
различных РО. Методология классификации аналогична точке зрения 5.
Приведенная в таблице 3.5 классификация РО, не в коей мере не пре-
тендует на полноту, а является первой попыткой классификация РО по вы-

141
полняемым функциям. Классификация конструктивных особенностей РО
приведена в следующем разделе.
При разработке концепции конструирования классификационные
признаки с 1 по 3 применяются для уточнения подсистем конструкций и ра-
бочих пар. Признаки 4 – 5 используются при разработке принципа работы
машины (рисунок 3.1), а признак 6 часто применяют для комбинации извест-
ных и вновь разрабатываемых принципов. Особо следует отметить признак 2,
который оценивает взаимодействие рабочих органов с предметом труда. При
разработке классификации РО по выполняемым функциям важное значение
приобретают основы теорий технологических процессов, применяемых в
сельском и лесном хозяйстве, и основанные на различных физических эф-
фектах, происходящих при взаимодействии РО с измельчаемым материалом.
Эти эффекты учитываются при разработке рабочих пар, особенно «измель-
чающий элемент – измельчаемый материал». Новый эффект можно получить
при комбинации и сочетании известных принципов в различных вариантах
конструкции. Анализ парных взаимодействий показывает, что наблюдается
тенденция перехода от механического взаимодействия РО с предметом труда
к РО, действующим немеханически (см. описание измельчителя-деструктора
грубых кормов [2]). Часто в конструкциях РО применяется инструмент, ко-
торый вибрирует (16 – 30 кГц).
Функциональный анализ РО, выполненный выше, может служить ос-
новой для разработки частных функций и их комбинаций для всей лесохо-
зяйственной машины. Конструирование предполагает алгоритмический и
целенаправленный выбор формы, размеров и материалов всех конструктив-
ных элементов лесохозяйственной машины.
Результатом функционального анализа принципа решения задачи яв-
ляется реализация частных функций в виде вариантов решения. На основе
анализа синтезируются конструктивные решения для решения каждой част-
ной функции.
При конструировании РО лесохозяйственных машин, наряду с агро-
техническими, лесоводственными, экономическими и экологическими тре-
бованиями следует учитывать традиционные для машиностроения требова-
ния.
Изложенные выше основы классификации РО по функциональным
признакам могут помочь конструкторам в разработке новых принципов кон-
струирования. Метод, изложенный применительно к РО, может реализовы-
ваться в отношении прочих структур и элементов лесохозяйственных машин.
На всех этапах функционального анализа и синтеза, на всех этапах разработ-
ки конструкторской документации, от постановки задачи и ее уточнения до
полного описания структуры, необходимо проводить оценку принимаемых
решений. Как показывает опыт проектирования, эти задачи чрезвычайно
сложны и часто подвержены субъективному влиянию.

142
4 Разработка топологии конструирования роторных
рабочих органов лесохозяйственных машин
Как видно из рисунка 3.3, под разработкой топологии конструирова-
ния понимается функциональное определение подсистемы и ее связей с дру-
гими системами. Функция (Ф), топология (Т) и принцип действия (ПД)
должны в совокупности дать принцип конструктивного решения. При разра-
ботке топологии формулируют функции и условия работы РО, определяют
подсистемы и их взаимосвязи, а также их структуры. При проектировании
лесохозяйственных машин возможно два варианта решения поставленной за-
дачи: 1) конструктивные принципы решения задачи известны и из них выби-
раются оптимальные для решения поставленной задачи в соответствии с ус-
ловиями производства и эксплуатации; 2) конструктивные принципы реали-
зации заданных функций не известны и необходимо разработать новые
принципы или усовершенствовать известные. В обоих случаях необходима
систематизация известных конструктивных решений, предназначенных для
выполнения одинаковых или аналогичных функций, в том числе из смежных
отраслей техники. При разработке конструктивных решений структурных
элементов лесохозяйственной машины, в соответствии с рисунком 3.5, ведут
в последовательности, обратной направлению потока энергии: измельчаю-
щий элемент РО; рабочий орган; элементы управления (предохранительные
устройства); элементы привода; регулирующие элементы; несущие элемен-
ты. При расчете нагрузок, действующих в машине, придерживаются подоб-
ному принципу.
Известные в настоящее время методы разработки конструктивного
решения по степени формализации делятся на три группы: 1) эвристические
(неформализованные); 2) частично формализованные эвристические методы
– эвроритмы (часть операций описана в виде алгоритмов); 3) полностью
формализованные приемы и методы – алгоритмы. Формализованные алго-
ритмы относятся к конкретным объектам проектирования. Системы автома-
тизированного проектирования создаются на основе формализованных алго-
ритмов проектирования. Рассмотренные в предыдущем разделе морфологи-
ческие методы функционального анализа относятся к первой и второй груп-
пам. При разработке концепции конструирования РО получают вначале
функциональное, а затем структурное описание.
4.1 Классификация роторных рабочих органов
по технологическому способу
Краткая терминология ТС
Измельчение (disintegrating) – технологический способ, заключаю-
щийся в разделение материала на части, с образованием новых поверхностей

143
со сложной формой и сопровождающийся, как правило, изменением внеш-
ней или внутренней структуры ИМ.
Резание (cutting) – процесс разделения материала на части путем дав-
ления по линии, с образованием новых плоских или криволинейных поверх-
ностей, осуществляется с образованием или без образования стружки. Реза-
ние без образования стружки происходит, как правило, при нормальном воз-
действии лезвия по отношению поверхности материала (для почвы – верти-
кальное резание). Часто подобный способ резания именуют рубкой. Резание
вдоль слоев материала (для почвы – горизонтальное резание) всегда сопро-
вождается отделением стружки.
Рыхление – изменение взаимного расположения слоев материала и
приведение слежавшегося материала в рыхлое состояние. В результате рых-
ления плотность ПТ уменьшается.
Крошение – дробление крупных частиц или агрегатов материала на
мелкие части, с образованием новых поверхностей сложной формы. Осуще-
ствляется одновременно с резанием и рыхлением, перемешиванием и обора-
чиванием.
Уплотнение – процесс изменения расположения частиц материала и
его агрегатов относительно друг друга, сопровождается образованием мелких
пор и восстановлением капилляров (для почвы), в результате плотность ма-
териала увеличивается.
Перемешивание - изменение взаимного расположения слоев материа-
ла без изменения плотности.
Дробление – размельчение материала методами сжатия и ударом.
В соответствии с ранее сформулированным принципом разработку
конструктивных решений, служащих для реализации частных функций, сле-
дует начинать с разработки рабочих пар. На рисунке 3.1 данная связь обозна-
чена 4хi-1 → 3хi-1 →2хi-1 →1хi-1. Измельчающий элемент (ИЭ) РО осуществ-
ляет взаимодействие с измельчаемым материалом (ИМ), совершая рабочий
ход (РХ) при технологическом способе (ТС) воздействия. РО выполняет из-
мельчение материалов, т.е. разделение ПТ на части без существенного на-
рушения его внутренней структуры. Взаимодействие РО с ПТ сопровожда-
ется деформациями, разрушениями и перемешиванием.
Анализ конструктивных решений (глава 1) показывает, что встреча-
ются два принципиально различных ТС взаимодействия ИЭ с ИМ: механи-
ческий способ при помощи специальных инструментов и немеханический. В
лесохозяйственных машинах наибольшее распространение получили меха-
нические способы воздействия ИЭ на ПТ.
В таблице 4.1 дана классификация некоторых способов механических
воздействий на предмет труда при измельчении и конструктивных решений,
необходимых для реализации данного способа.
Среди механических способов следует выделить: резание лезвием
(со скольжением и без скольжения – нормальное резание); рубка; резание

144
Таблица 4.1 - Классификация технологических способов (ТС) воздействия измельчаемых
элементов (ИЭ) с предметом труда (ПТ) – связь 4хi-1 →→→→ 3хi-1 →→→→2хi-1 →→→→1хi-1.
Системати-
зирующая
Наименование и суть ТС Схема ТС Наименование ра-
бочих пар
Пример ис-
пользования
Механические способы (инструментом)
1.1 Резание без отделения
стружки (блокированное реза-
ние), заключающееся в разде-
лении ИМ на части с образо-
ванием как правило, плоских,
новых поверхностей, отреза-
ние материала
1.1 Ðåçàíèå ëåçâèåì
íîðìàëüíîå áåç ñêîëüæåíèÿ ñî ñêîëüæåíèåì
Ножи прямые, пло-
ские или волнистые
совершают поступа-
тельное или враща-
тельное движение.
Материал отрезает-
ся от массива
Ножевые уст-
ройства руби-
тельных машин
(рисунки 1.28 –
1.29). Ножевые
устройства для
импульсного пе-
ререзания лесо-
материалов
1. Резание
1.2 Резание клином с образо-
ванием новых поверхностей,
сопровождающееся деформи-
рованием ИМ
1.2 Ðåçàíèå êëèíîì Нож, клин. Матери-
ал отрезается от
массива. Скорости
перемещения инст-
румента небольшие.
Иногда используют
инструмент, кото-
рый вибрирует (16 –
30 кГц)
Пассивные ра-
бочие органы
почвообрабаты-
вающих машин
(рисунок 1.4).
Вибрирующие
рабочие органы.

145
Системати-
зирующая
бочих пар
Пример ис-
1.3 Резание с образованием
стружки отделением поверх-
ностных слоев материала
1.3 Ðåçàíèå ñ îáðàçîâàíèåì ñòðóæêè Ножи, обычно од-
нолезвийные, со-
вершают поступа-
тельные или враща-
тельные движения.
Противорежущих
элементов обычно
нет.
Рабочие ораны
роторных поч-
вообрабаты-
вающих машин,
фрезы (рисунок
1.4)
1.4 Перерезание материала
растущего стебельчатого или с
использованием инерционного
подпора. Сопровождается зна-
чительными деформациями.
Ножи совершают
вращательное и пе-
реносное движение .
Скорость резания
ограничивается сни-
зу.
Рабочие органы
роторных коси-
лок (рисунок
1.24)

146
Системати-
зирующая
бочих пар
Пример ис-
2. Дробле-
ние
2.1 Ударное действие на мате-
риал разбиванием свободно
падающего кускового ИМ мо-
лотками, шарнирно соединен-
ными с вращающимся рото-
ром
2.1 Ìîëîòêîâàÿ äðîáèëêà
Молотки, шарнирно
прикрепленные к
ротору. Измельче-
ние осуществляется
за счет инерционно-
го подпора
Измельчитель
дробилки ИРТ-
165 (рисунок
1.32). Зерновые
дробилки
2.2 Сжатие материала. Раздав-
ливание (размалывание) сыпу-
чего кускового ПТ путем про-
пускания его между двумя
вращающимися навстречу
друг другу вальцами (валка-
ми)
2.2 Âàëêîâàÿ äðîáèëêà
Вальцы (валки)
(Roll Breaker), рабо-
чая поверхность
вальцов выполняет-
ся ребристой
машины для
очистки семян
сосны сибирской

147
Системати-
зирующая
бочих пар
Пример ис-
2.3 Раздавливание кускового
ПТ путем пропускания его
между конусами, один из ко-
торых (с внутренней рабочей
поверхностью) неподвижен, а
второй (с внешней рабочей
поверхностью) совершает
прецессионное движение
2.3 Êîíóñíàÿ äðîáèëêà
Конусный ротор –
конусная втулка,
иногда ротор вы-
полняется цилинд-
рическим и снабжа-
ется зубьями
Агрегат семяот-
делительный
АС-0,5 [13]
2.4 Размельчение кускового
ПТ путем пропускания его
между плитой (щекой) или
кожухом и ротором, совер-
шающим возвратно-
вращательное движение
2.4 Ùåêîâàÿ äðîáèëêà
Плита (щека) или
кожух – ротор, на
роторе установлены
зубья. Бегуны для
размалывания мате-
риала (цемента)
Машина для из-
влечения семян
МИС-1 [13]

148
Системати-
зирующая
бочих пар
Пример ис-
3.1 Перетирание материала до
частиц размером менее 5 мм
путем размалывания его меж-
ду двумя рабочими поверхно-
стями жерновов, один из кото-
рых неподвижен, а второй со-
вершает вращательное движе-
ние
3.1 Ðàçìàëûâàíèå Мельницы. Матери-
ал измельчается
между двумя рабо-
чими поверхностя-
ми.
3. Истира-
ние
3.2 Истирание материала в ба-
рабанах, частично заполнен-
ных твердыми шарами, либо
перетирание материала трени-
ем кусков друг о друга
3.2 Øàðîâàÿ ìåëüíèöà
Рабочими поверх-
ностями являются
поверхности кусков
материала. Бункер-
ные измельчители
Бункерная суч-
корезная, око-
рочная установ-
ка «Медведь»

149
Системати-
зирующая
бочих пар
Пример ис-
3.3 Измельчение частиц мате-
риала защемлением в колеба-
тельно изменяемом клиновом
зазоре между витками упруго-
деформируемого рабочего
звена, совершающего враща-
тельное движение относитель-
но изогнутой оси
Витки пружины.
При установке в
трубе выполняет
транспортные
функции
Винтовой пру-
жинный измель-
читель, приме-
няется в маши-
нах для очистки
семян
4.1 Материал перерезается
ножом с использованием про-
тиворежущей пластины (реза-
ние пуансоном)
Пуансон, нож4. Использо-
вание про-
тиворежу-
щих элемен-
тов
4.2 Материал измельчается
ножом, а роль противорежу-
щих элементов выполняют
острые кромки перфорирован-
ного реккатера
Дробильный бара-
бан с шарнирно за-
крепленными на
нем молотками (но-
жами) и система дек
и решет
Измельчители
кормоуборочных
машин. Измель-
читель опавших
листьев (рису-
нок 1.42 )

150
Системати-
зирующая
бочих пар
Пример ис-
4.3 Материал измельчается
ножом, а роль противорежу-
щих элементов выполняют
рифленные реккатеры
Рифленый реккатер
по форме соответст-
вует кожуху из-
мельчителя, ребра
(рифли) выполняют
функцию противо-
режущей пластины
кормоуборочных
машин [3]
Немеханические способы
5. Измель-
чение элек-
тромагнит-
ным излуче-
нием
5.1. На вращающиеся электро-
ды подается электроэнергия от
высокочастотного генератора,
резание осуществляется за
счет диэлектрического пробоя
с образованием токопроводя-
щего канала и возникновением
термических напряжений,
приводящих к местному раз-
рушению
Применяется в
машиноcтроении

151
Системати-
зирующая
бочих пар
Пример ис-
5.2 Материал разрушается под
воздействием электромагнит-
ного излучения высокой час-
тоты (СВЧ) с образованием
множественных термических
напряжений. Иногда исполь-
зуется лазер
Излучатель, соче-
тающий высокочас-
тотное магнитное
поле с механиче-
скими колебаниями
машиностроении
6.1 Термодинамическое из-
мельчение
За счет местного нагрева (до 120 0
С) и резкого
сброса давления, вода в материале быстро вски-
пает, что приводит к разрушению его внутрен-
ней структуры. Иногда применяют заморажива-
ние.
Измельчитель-
деструктор
НИИИ Лесосте-
пи и Полесья
(Украина) [2]
(А.с. СССР №
793484)
6. Термоме-
ханическое
измельчение
6.2 Измельчение за счет вы-
сокого давления газов (при
взрыве), либо за счет резкого
снижения давления (вакуум-
ное измельчение)
ИМ насыщается газом за счет повышения дав-
ления и продолжительного времени, затем дав-
ление резко сбрасывается. Внутри материала
создается избыточное давление, которое приво-
дит к разрушению
Измельчение
пней взрывом
7. Воздейст-
вие звуком
Использование звука или зву-
ка УВЧ
Воздействие звука на материал вызывает в нем
термические или механические напряжения, ко-
торые приводят к разрушению
Иногда используют
механические инст-
рументы, колеблю-
щиеся с ультразву-
ковой частотой
машиностроении

152
пуансоном; крошение; истирание; раскалывание; дробление и т.д. Описание
данных способов приведено в литературных источниках [2, 4, 30, 31,44,112].
Каждый способ воздействия на предмет труда требует соответствующего
конструктивного воплощения ИЭ.
В таблице 4.1 приведены далеко не все возможные технологические
способы воздействия на предмет труда с целью его измельчения. Каждый из
вариантов технических устройств может сочетать в себе возможные комби-
нации ТС и выполняемых частных функций. Для составления функциональ-
ного описания объекта проектирования используется матричный способ,
описанный в 3 главе. При конструировании изделий машиностроения чаще
всего используется структурное описание объекта проектирования. Остано-
вимся на данном описании подробнее.
4.2 Составление графа конструктивных решений
По функциональному описанию объекта проектирования строится его
структурное описание. При разработке топологии конструирования РО удоб-
но воспользоваться способом, изложенным в справочном пособии [77], и ис-
пользуемым для описания структур и связей между элементами. Топологи-
ческое описание системы в виде графов позволяет определить составные
части системы. Конструктивные решения, направленные на выполнение ча-
стных функций, представляются в форме графа, называемого И-ИЛИ дерева.
Данный способ был апробирован нами в учебном процессе при проектирова-
нии манипуляторов лесных машин [86]. На графе в виде вершин показыва-
ются структурные элементы, в качестве которых выступают сборочные еди-
ницы, детали или элементы деталей. Рядом со структурной вершиной пока-
зываются вершины признаков двух типов (И – ИЛИ). На графе дуги обозна-
чают связи между структурными элементами. Графы имеют различную сте-
пень детализации и могут относиться как ко всей машине, так и к любому ее
структурному элементу. Дерево технических решений может применяться
для выбора по нему по требуемым признакам конструктивных элементов с
помощью ЭВМ [82]. Техническое решение, как описание структуры ТС,
включает в себя полную информацию о функциональных элементах (ком-
плексы, сборочные единицы, детали), связях между ними, взаимном распо-
ложении, особенностях исполнения конструктивных элементов, геометриче-
ской форме, параметрах всех элементов. ТС состоит из конечного множества
элементов, входящих в функциональное описание. Из таблицы 3.5 видно, что
функциональное описание элемента включает в себя два параметра: систе-
матизирующую точку зрения и отличительный признак. Первый параметр
указывает об общих признаках объекта, а второй – несет информацию об
конкретном конструктивном элементе.
Суть подхода заключается в следующем: РО представляется в виде
множества конструктивных элементов, сгруппированных по функциональ-

153
ному признаку. Каждый функциональный элемент РО в свою очередь может
быть рассмотрен как конечное подмножество конструктивных элементов бо-
лее низкого иерархического уровня. Единство РО, как технической системы
и всех входящих в него элементов, обеспечивается взаимосвязью общих и
частных функций, а также единым и компактным конструктивным исполне-
нием в виде агрегата. Граф функциональных элементов РО (Г) включает
множество функциональных элементов (Ф) (вершин графа) и множество свя-
зей (С) ребер графа Г=Т{ Ф, С}. Часто связи, описывающие подчиненность
функциональных элементов, не пересекаются и образуют дерево конструк-
тивных решений. Для построения дерева придерживаются следующей мето-
дики [77]:
1 По сборочному чертежу РО изучают техническую систему и прово-
дят ее декомпозицию, расчленяя на составные конструктивные элементы.
Декомпозиция проводится до элементов, расчленение которых конструктив-
но невозможно (детали);
2 Определяют общую функцию системы и выполняют функциональ-
ный анализ с выделением частных функций (глава 3). Частные функции вы-
деляют таким образом, чтобы они выполнялись одним конструктивным эле-
ментом.
Количество уровней определяется сложностью РО. Хотя ЕСКД огра-
ничивает расчленение систем до деталей (на рисунке 3.1 данное положение
описывается рабочей парой: измельчающий элемент ↔ измельчаемый мате-
риал), часто декомпозицию осуществляют до рабочих поверхностей (конту-
ров) или пересечений рабочих поверхностей (лезвия). Данное обстоятельство
приобретает решающее значение при разработке графической базы данных
ИЭ. Различные РО, выполняющие одинаковую функцию и имеющее общее
функциональное описание, представляются одинаковым деревом. Одинако-
вые функциональные элементы РО обозначаются на схеме вершинами типа
И, а элементы, выполняющие одинаковое функциональное назначение, но
имеющие различное (альтернативное) конструктивное исполнение – верши-
нами типа ИЛИ. Описание технических решений рабочих органов лесохо-
зяйственных машин в виде графов, способных хранить в компактном виде
информацию в ЭВМ о множестве технических решений и способах визуали-
зации их в виде конструкторской документации, относящихся как к струк-
турным, так и функциональным элементам, нами в литературных источниках
не обнаружено.
В работе [77] предлагается для построения общего графа проектируе-
мого объекта использовать три метода: 1) вначале по одному конструктивно-
му решению, принятому за базовый вариант, строится граф, а затем он дост-
раивается по альтернативным конструктивным решениям; 2) строятся графы
по всем известным конструктивным решениям, а затем они объединяются в
один граф; 3) все множество конструктивных решений по систематизирую-
щей точке зрения разбивается на подмножества, внутри каждого из них

154
строится граф, затем графы объединяются в один граф. Построение графа,
охватывающего все множество конструктивных решений, без автоматизации
данного процесса на ЭВМ, является довольно трудоемким делом.
В работах В.А. Дорошенко В.А. Лозового, В.И. Дитриха (СибГТУ)
приведены примеры использования ориентированных графов для структур-
ного и функционального описания технологического оборудования для об-
работки древесного сырья, которые используются для синтеза новых техно-
логических систем. Результатом синтеза является описание систем в виде
схем.
Воспользуемся методами теории графов для составления дерева кон-
структивных решений для РО, изображенного на рисунке 1.42. Примем по-
рядок составления графа аналогичным порядку сборочных операций. Такой
метод позволит наглядно составлять сборочные единицы на основе деталей
(что особенно важно при разработке конструкторской документации) и хра-
нить информацию о конструктивных элементах в ЭВМ в компактном виде,
удобном для параметрического проектирования.
На рисунке 4.1 представлено дерево конструктивных решений, на ко-
тором вершины типа И помечены темными кругами, а вершины типа ИЛИ -
светлыми. За базовый элемент примем вал ротора (3), который присутствует
во всех конструктивных решениях и может выполняться по своей конструк-
ции сплошным цилиндрическим (3.1) или ступенчатым (наиболее распро-
странен в рабочих органах лесохозяйственных машин), полым (трубчатым)
(3.2). Вал устанавливается в опорах (2). На валу устанавливаются несущие
элементы (4), обычно выполняемые в виде дисков (4.1) или барабана (4.2 –
4.3). На несущих элементах (4) посредством крепления (6) монтируются из-
мельчающие элементы (7), которые выполняются в нескольких альтернатив-
ных вариантах. Каждый конструктивный элемент РО может описываться
собственным графом конструктивных решений. При объединении конструк-
тивных решений в одно используется принцип совместимости выполняемых
ими функций.
Описание каждого конструктивного элемента хранится в графической
базе данных в виде программы (на языке программирования AutoLISP).
Объектно-ориентированная база данных, построенная по топологическому
признаку, включает также описания связей между элементами, систему за-
просов и способы визуализации конструктивных решений в виде сборочных
чертежей и чертежей деталей. Такая база данных для роторных рабочих ор-
ганов, включающая наиболее распространенные, перспективные и ориги-
нальные конструктивные решения, обладающими наиболее высокими техни-
ко-экономическими показателями, составлена [113] и описание ее будет
приведено далее. Граф конструктивных решений позволяет на любой стадии
разработки и на любом уровне структуры дополнять базу данных, давать
ссылки на существующие базы данных, причем поиск конструктивных эле-
ментов в базе данных можно осуществлять не только по их конструктивным

155
признакам, но и по выполняемым функциям. База данных может с успехом
включать стандартные конструктивные изделия и элементы. На выходе ин-
формация представляется в виде конструкторской документации. Задача за-
ключается в разработке алгоритма выбора вариантов конструктивных реше-
ний из базы данных.
На основе топологического графа конструктивных реализаций РО
может быть предложена классификация РО по конструктивным признакам и
особенностям. В таблице 4.2 приведена классификация конструктивных ре-
шений с указанием систематизирующих точек зрения и условного кода. В
механике машин под ротором понимается тело, которое при вращении удер-
живается своими несущими поверхностями в опорах (А.Ф. Крайнев). Несу-
щими поверхностями РО являются цапфы. В лесохозяйственных машинах
распространены двухопорные роторы.
Ниже даются пояснения к таблице 4.2. Каждый вариант реализации
имеет условный код, состоящий из двух цифр, разделенных точкой (указан в
подрисуночной надписи). Первая цифра кода указывает на систематизирую-
щую точку зрения, а вторая – на конструктивное исполнение. Вариант реали-
зации межопорного ротора (код 1.1) встречается наиболее часто [ФБН-2 (ри-
сунок 1.1), ОДЗ-3,0 (рисунок 1.28) , рубительные машины (рисунок 1.29) и
др.]. Консольный ротор (код 1.2) получил распространение в почвообрабаты-
вающих машинах с вертикальным расположением РО [КФВ-3.6 (рисунок
1.12), ВРБ-3,6 (рисунок 1.11), садовый культиватор (рисунок 1.14) и др.].
Двухконсольный ротор установлен в культиваторе КФ-5.4 (рисунок 1.13).
Классификация РО по расположению оси их вращения в пространстве и по
направлению движения агрегата приведена подробно в нашей работе [132].
Для составления уравнений динамики важное значение имеет стабильность
массы при вращении ротора. Ротор, у которого при вращении меняется отно-
сительное расположение масс, в механике машин относят к роторам с изме-
няющейся геометрией (mechanically unstable) (код 1.5). К таким роторам мы
относим РО, имеющие хотя бы один гибкий, упругий или шарнирно закреп-
ленный элемент. Под данный признак подпадают РО роторных косилок (ри-
сунок 1.24, 1.25, 1.26), молотковых дробилок (рисунок 1.33), а также РО с
гибкими ИЭ (рисунок 1.38). В лесохозяйственных и сельскохозяйственных
машинах получили распространение РО, у которых ИЭ устанавливаются на
цилиндрических (код 1.6) (АПК-10А, рисунок 1.33) или конических (код
1.7) барабанах (машина для удаления пней МУП-4, рисунок 1.18). Дисковые
РО (код 1.8) устанавливаются, например, в рубительных машинах (МРН-25,
рисунок 1.29). В высокоскоростных РО применяют шарнирное крепление ИЭ
к ротору, а валы выполняют пустотелыми (код 1.9). Такие роторы получили
распространение в зарубежных кормоуборочных машинах, а также в маши-
нах для измельчения древесной зелени (рисунок 1.30). В некоторых машинах
используются роторы, имеющие сложную форму (код 1.10) (машины для
подрезки чая АПП-600А и ГПЧ-76). В машинах

156
1 Ðîòîðíûé ðàáî÷èé îðãàí
2 Îïîðû 3 Âàë 4 Íåñóùèé ýëåìåíò 5 Ïðèâîä
2.1 Öèëèíäðè÷åñêàÿ
íåïîäâèæíàÿ
2.2 Øàðîâàÿ
íåïîäâèæíàÿ
2.1.1 Êà÷åíèÿ
ïîäøèïíèêîâàÿ
2.1.2 Ñêîëüæåíèÿ
ïîäøèïíèêîâàÿ
2.3 Îñåâàÿ
2.4 Ðàäèàëüíàÿ
2.5 Æåñòêàÿ 2.6 Óïðóãàÿ
(ïîäàòëèâàÿ)
3.1 Ñïëîøíîé
öèëèíäðè÷åñêèé
3.2 Ïîëûé
(òðóá÷àòûé)
3.3 Æåñòêèé
3.4 Ãèáêèé
4.1 Äèñêè
4.2 Áàðàáàí
öèëèíäðè÷åñêèé
4.3 Áàðàáàí
êîíè÷åñêèé
4.4 Ñëîæíîé
ôîðìû
5.1 Ýëåêòðè÷åñêèé
5.2 Ãèäðàâëè÷åñêèé
5.3 Ïðóæèííûé
5.4 Ìàõîâè÷íûé
5.5 Ãðàâèòàöèîííûé
5.6 Áèîëîãè÷åñêèé
6 Êðåïëåíèå ÈÝ6.1 Æåñòêîå 6.2 Øàðíèðíîå 6.3 Óïðóãîå
6.1.1 Áîëòîâîå 6.1.2 Êëèíîâîå 7 ÈÝ
7.1 Íîæè 7.2 Ìîëîòêè 7.3 Øòèôòû
Ри
сунок 4.1 Топологический граф (дерево) конструктивных решений

157
Таблица 4.2 – Классификация РО по конструктивным признакам
Системати-
зирующая
Варианты реализации
Îïîðà ÖàïôàÐÎ
1.2 Ê îíñîëüíû é ðîò îð 1.3 Äâóõêîíñîëüíûé ðîòîð
1.4 С неизменяющейся геометрией (при вращении не изменяется
относительное расположение масс)
1.5 С изменяющейся геометрией (при вращении
изменяется относительное расположение масс,
либо имеются упругие, гибкие или шарнирно за-
крепленные элементы)
1.
По конструк-
тивной схеме
ротора
По располо-
жению РО в
опорах
По геометрии
РО
По форме РО
1.6 Áàðàáàííûé (öèëèíäðè÷åñêèé) ÐÎ
1.7 Áàðàáàííûé êîíè÷åñêèé

158
Системати-
зирующая
1.8 Äèñêîâûé ÐÎ
1.9 Ðîòîðíûé ÐÎ
1.10 Áàðàáàííûé ñëîæíîé ôîðìû

159
Системати-
зирующая
1.12 Ìíîãîðîòîðíûå ïëàíåòàðíûå
1.13 Ðîòîðíûå äâîéíîãî äåéñòâèÿ
2.
ции опор
2.1 Öèëèíäðè÷åñêàÿ íåïîäâèæíàÿ
2.2 Øàðîâàÿ íåïîäâèæíàÿ 2.3 Îñåâàÿ
2.4 Ðàäèàëüíàÿ

160
Системати-
зирующая
2.5 Æåñòêàÿ 2.6 Óïðóãàÿ (ïîäàòëèâàÿ)
2.1.1 Êà÷åíèÿ ïîäøèïíèêîâàÿ
2.1.2 Ïîäøèïíèêîâàÿ ñêîëüæåíèÿ

161
Системати-
зирующая
Ïîäøèïíèêîâàÿ
êîíè÷åñêàÿ2.1.1.1
êîìáèíèðîâàííàÿ
2.1.1.2 Ïîäøèïíèêîâàÿ
3.
ции вала
3.1 Ñïëîøíîé, öèëèíäðè÷åñêèé (ïðÿìîé ñòóïåí÷àòûé)

162
Системати-
зирующая
3.2 Ïîëûé (òðóá÷àòûé)
3.3 Жесткий вал (с неизменяе-
мой формой продольной оси)
обладает большой жесткостью
на изгиб и кручение
3.4 Гибкий вал (тросовый или
проволочный) обладает малой
жесткостью на изгиб и боль-
шой жесткостью на кручение
(привод мотоинструмента
«Секор – 3»)
3.5 Телескопический вал,
составленный из относи-
тельно подвижных в осе-
вом направлении деталей
(телескопическое соеди-
нение карданного вала
привода)
3.6 Вал для передачи
крутящего момента меж-
ду несоосными или пре-
секающимися под неко-
торым углом валами РО
(карданный, шарнирный,
гибкий, ШРУС)

163
Системати-
зирующая
4.1 Диск
4.2 Барабан цилиндрический
Ñõåìà ìàøèíû äë
10
9
8
2
4.3 Барабан конический
4.
ции несущих
элементов
4.4 Водило 4.5 Фланец
4.6 Резервуар

164
Системати-
зирующая
4.7 Барабан сложной формы (КЛФ-0,8)
4.8 Ротор для измельчения пней
(А.с. СССР № 388716)
6.
По способу
крепления из-
мельчающих
элементов к
РО
6.1 Жесткое: клиновое
или болтовое
6.2 Шарнирное 6.3 Упругое
6.4 Гибкое

165
Системати-
зирующая
7.1 Ножи почвообрабатываю-
щих машин
(рисунок 1.4)
7.2 Измельчающие элементы роторных рабочих
органов кормоуборочных машин
7.3 Молотки
7.4 Плоский нож 7.5 Винтовой и спиральный нож 7.6 Диск
7.
По форме из-
мельчающих
элементов:
с неизме-
няемой фор-
мой (геомет-
рией);
с изменяемой
формой
7.7 Штифты
7.8 Гибкий ИЭ

166
для обрезки древесно-кустарниковой растительности применяются много-
пильные РО (код 1.11) (А.с. СССР № 793485, патент США № 4259834).
В газонокосилках для увеличения скорости взаимодействия с пред-
метом труда с целью повышения качества реза травостоя на партерных газо-
нах используется планетарная многороторная конструкция РО (код 1.12), по-
зволяющая увеличить линейную скорость ножей до 90 м/с (А.с. СССР
№ 1144650). С целью повышения качества измельчения применяются роторы
двойного действия (код 1.13), вращающиеся в разные стороны (Патенты
США № 4505096 и № 4214617).
Ротор РО устанавливается в опорах, которые в совокупности с осно-
ванием накладывают ограничения на его перемещения, а также обеспечива-
ют относительное центрирование деталей. У подавляющего числа РО встре-
чаются цилиндрические неподвижные опоры (код 2.1), допускающие только
вращение вокруг своей оси. Реже применяется шаровая неподвижная опора
(код 2.2), допускающая только вращение вокруг любой оси, проходящей че-
рез точку опоры. На такой опоре установлен ротор конической молотковой
дробилки (таблица 4.1, позиция 2.3). Под данный классификационный при-
знак подпадают опоры на базе сферических подшипников, устанавливаемых
на разрезных конических втулках, которые обеспечивают компенсацию пе-
рекосов продольных осей валов РО, применяемых в машинах, корпус кото-
рых имеет малую жесткость. По способу восприятия нагрузок опоры подраз-
деляются на опоры осевые (код 2.3) и опоры радиальные (код 2.4). Обычно в
опорах РО применяются стандартные конструктивные элементы. В быстро-
ходных РО применяются, как правило, подшипники качения (шариковые или
роликовые) (код 2.1.1), а у тихоходных – подшипники скольжения (код
2.1.2). Имеют место подшипниковые конические опоры (код 2.1.1.1) и под-
шипниковые комбинированные (код 2.1.1.2). В упругой (податливой) опоре
(код 2.6) реакция зависит от перемещения. В жесткой опоре (код 2.5) реакция
не зависит от перемещения.
Вал РО устанавливается в опорах с возможностью вращения и пред-
назначен для передачи вращающего момента к другим частям РО. Вал пере-
дает на опоры осевые и радиальные нагрузки и поддерживает РО. Наиболь-
шее применение получила конструкция сплошного (цилиндрического) вала
(код 3.1), который выполняется прямым или ступенчатым. Часто на валах
предусматриваются конструктивные элементы для установки деталей приво-
да. Полый (трубчатый) вал (код 3.2) получил широкое распространение в
измельчителях кормоуборочных машин (рисунки 1.24, 1.25, 1.26). Такие валы
обладают меньшей массой и часто выполняются по системе вала, с установ-
кой в опорах на основе сферических подшипников на разрезных и зажимных
конических втулках. При конструктивных расчетах обычно принимают же-
сткую конструкцию вала (с неизменяемой геометрией продольной оси) (код
3.2). Имеют место конструкции тросового или проволочного гибкого вала,
обладающего малой жесткостью на изгиб, но большой жесткостью на кру-

167
чение (код 3.3) (мотоинструмент «Секор – 3»). Редко встречаются телескопи-
ческие конструкции валов, составленных из относительно подвижных в осе-
вом направлении деталей (код 3.4) (телескопическое соединение карданного
вала привода РО). Под конструктивный признак (код 3.6) подпадают валы
для передачи крутящего момента между соосными или пересекающимися ва-
лами РО (карданные валы).
ИЭ чаще всего закрепляются не непосредственно на валах, а на несу-
щих элементах (НЭ). Конструктивные схемы последних очень многообразны.
Имеют место НЭ, конструктивно выполненные в виде дисков (код 4.1) (ри-
сунки 1.42, 1.43), устанавливаемых на шпонке на валу. В почвообрабаты-
вающих машинах ИЭ закрепляются жестко на барабанах цилиндрических
(код 4.2) (рисунок 1.3) или конических (рисунок 1.18). В планетарных РО
роль НЭ выполняет водило (код 4.4), внутри которого устанавливается при-
вод (А.с. СССР № 967390 и 348175). В быстроходных РО часто ИЭ устанав-
ливаются шарнирно на фланцах, приваренных к полому валу (код 4.5) (ри-
сунок 1.26). Вышеназванные НЭ имеют постоянный момент инерции, одна-
ко встречаются НЭ, выполненные в виде резервуара, заполненного жидко-
стью (код 4.6) (А.с. СССР № 888830) с целью сглаживания пиковых нагрузок
при встрече ножей с препятствиями. В профильной фрезе канавокопателя
КЛФ-0,8 тарельчатые ИЭ установлены на винтовых НЭ, выполненных по
винтовой образующей (код 4.7), а в роторе для измельчения пней (код 4.8)
(А.с. СССР № 388716) тарельчатые ИЭ смонтированы на конусе. Конструк-
ции приводов РО в данной работе не рассматриваются.
По способу крепления ИЭ к ротору могут классифицироваться сле-
дующие конструктивные схемы: жесткое (клиновое или болтовое) (код 6.1),
получившее наибольшее распространение в почвообрабатывающих маши-
нах; шарнирное (код 6.2) (рисунки 1.42, 1.43); упругое (код 6.3) (рисунок
1.45) и гибкое (код 6.4). Последние три способа крепления обеспечивают
предохранение устройства при встрече ИЭ с трудоизмельчаемыми препятст-
виями (Патенты Финляндия № 62613 и США № 4402352).
Наибольшим многообразием конструктивных схем отличаются ИЭ,
выполняющие функцию технологического воздействия на предмет труда.
Все ИЭ можно условно разделить на две большие группы: А) с неизменяемой
формой , однозначно описываемой геометрическими параметрами, и с изме-
няемой формой (гибкие ИЭ).
Ножи почвообрабатывающих машин гостированы (рисунок 1.4).
Единой терминологии для описания конструкций ИЭ до настоящего времени
не установлено. Если воспользоваться классификацией по технологическому
способу воздействия на предмет труда, приведенной в таблице 4.1 (позиции
1.1 – 1.4), то функцию резания выполняют ножи (коды 7.1, 7.2), а ударное
измельчение – молотки (код 7.3). По форме ножи можно классифицировать
как плоские (код 7.4), встречающиеся в газонокосилках, кормоуборочных
машинах, машинах для измельчения древесной зелени. Винтовые ножи по-

168
лучили распространение в машинах для извлечения семян из сочных плодов
и ягод, а спиральные – в машинах для измельчения травянистой растительно-
сти (код 7.5). Спиральные ножи, лезвия которых очерчиваются окружностью
либо спиралью Архимеда, осуществляют резание со скольжением и часто
выполняются с двухсторонней заточкой лезвия. Дисковые ИЭ (код 7.6)
встречаются в машинах для подрезки древесно-кустарниковой растительно-
сти («Секор-3»). Режущая часть таких ИЭ часто образуется зубьями, наре-
занными на диске, либо формируется за счет установки режущих сегментов
(ножей). В газонокосилках получили распространение ножи с несущей ча-
стью (рисунок 1.35). Штифтовые ИЭ (код 7.7) используются в РО машин
для измельчения зерна и других концентрированных кормов. Гибкие ИЭ (код
7.8) имеют изменяющуюся геометрическую форму продольной оси и исполь-
зуются в РО газонокосилок [Патент США № 4505096 (рисунок 1.38)].
4.3 Разработка алгоритма поиска конструктивных решений
Приведенная выше классификация РО по конструктивным признакам
позволяет сформулировать основные положения алгоритма поиска конструк-
тивных решений из существующих, а также обозначить новые и разрабаты-
ваемые технические решения.
Для решения поставленной задачи необходимо каждое конструктив-
ное решение, определяемой графом Г (рисунок 4.1) дополнить формальны-
ми признаками. Конечно, полностью формализованный алгоритм выстроить
не представляется возможным, поэтому пользователь на любом этапе должен
иметь возможность эвристического выбора. Воспользуемся матричным ме-
тодом и составим матрицу соответствия [77]. Пусть строки матрицы М –
функциональные элементы Ф, а столбцы – признаки элемента из их полного
множества С. Матрица М определена на множестве значений: +1, 0, - 1, где
+1 – конструктивное решения (КР) для данного функционального элемента
РО улучшает соответствующий признак; 0 – КР не оценивается данным при-
знаком; -1 – ТР ухудшает соответствующий признак. Матрица соответствий
позволит выбрать нехудший вариант ТР. Дерево конструктивных решений
позволяет на этапе проектирования прорабатывать несколько вариантов КР и
проводить их оценку по критериям эффективности (критерии будут рассмот-
рены в следующем разделе). Подсчитаем количество вариантов ТР для графа
Г (рисунок 4.1). У него 14 вершин (обозначены кружочками), из них одна –
корневая –1, три вершины И (кружочки затенены), 10 вершин ИЛИ (кружоч-
ки незатемнены). Согласно разработанным алгоритмам [71,82, 83] в комби-
нацию варианта ТР обязательно входит корневая вершина, определяющая
название всего алгоритма, вершины И и по одной из комбинаций вершин
ИЛИ. Например для ТР, изображенного на рисунке 1.43, комбинация запи-
шется: 1 – 2.1 – 2.1.1 – 2.4 – 3.1 – 3.3 – 4.1 – 5.1 – 6.2 – 7.1. Словами данный
вариант можно записать: роторный рабочий орган, включающий установ-

169
ленный в цилиндрической неподвижной подшипниковой жесткой опоре
сплошной цилиндрический жесткий вал, на котором смонтирован барабан-
ный цилиндрический несущий элемент в виде дисков, с шарнирно закреп-
ленными на нем ножевыми измельчающими элементами, а привод ротора
выполнен электрическим. Каждый вариант ТР включает как минимум 6 кон-
структивных элементов. Поскольку граф Г составлялся с целью классифика-
ции конструктивных решений, то некоторые его вершины не имеют конкрет-
ного конструктивного воплощения, а несут информацию об особенностях ТР.
Выбор ТР на основе графа Г дает множество концептуальных реше-
ний и может служить для качественного анализа проектных решений. Такое
обстоятельство не может нас устроить. Данные методы могут применяться на
стадии технического проекта и при разработке графических баз данных.
Применение ЭВМ позволяет осуществлять поиск оптимальных ТР на основе
параметров или критериев эффективности с выдачей информации в виде
конструкторской документации. Параметры - это величины, характеризую-
щие каждый элемент множества ТР. Конструирование возможно только на
основе обоснования параметров.
На основе анализа конструктивных решений, изложенного в разделе 1
и 2, были выявлены определяющие параметры РО. К определяющим пара-
метрам относят главный и основные параметры. К главному параметру про-
ектирования роторных рабочих органов следует отнести производитель-
ность (кг/с), которая наиболее полно отражает функциональное назначение
изделия. За основной конструктивный параметр можно принять объем (м3
),
занимаемый ротором. Его можно принять равным объему воображаемого ци-
линдра, образующая поверхность которого проходит по концам измельчаю-
щих элементов. Данный параметр наиболее полно оценивает геометрические
размеры рабочего органа. К основному кинематическому параметру, опреде-
ляющему динамику функционирования рабочего органа, следует отнести ли-
нейную скорость движения по концам измельчающих элементов (м/с). К па-
раметру, определяющему качество конструирования, можно отнести массу
рабочего органа (кг). Анализ опубликованной информации показывает, что
классификация роторных рабочих органов по вышеуказанным параметрам и
разработка типоразмеров не проводились. В работе [132] нами приводилась
классификация роторных рабочих органов сельскохозяйственных и лесохо-
зяйственных машин по величине скорости взаимодействия с предметом тру-
да. При разработке параметрического ряда основных параметров задача про-
ектирования изделия сводится к выбору параметров из базы данных.
Принципы параметрического проектирования реализованы во мно-
гих САПР [КОМПАС (АСКОН), Mechanical Desktop (Autodesk, Inc.), Solid-
Works и др.]. Основой данных систем является проект, реализованный в виде
дерева конструктивных решений и комплекта конструкторской документа-
ции. На основе указанных систем проектирования можно реализовать ре-
зультат проектирования в виде конструкторской документации, удовлетво-

170
ряющей всем требованиям ЕСКД. Документация оформляется автоматиче-
ски. Системы полностью проработаны для стандартных изделий (деталей и
сборочных единиц) и конструктивных элементов.
Поскольку каждый элемент РО, определяется своими параметрами,
то для их сравнения при выборе описаний из базы данных (БД), необходимо
определить показатели эффективности, позволяющие сравнивать различные
системы. В их качестве могут выступать значения основных параметров
проектирования, отнесенные к главному параметру. В роли комплексного
показателя эффективности обычно используются приведенные затраты. БД
чаще всего формируется по модульному принципу. На рисунке 4.2 показана
топологическая схема организации графической БД. БД включает в себя базу
данных стандартных деталей, конструктивных и типовых элементов и мате-
риалов, а также данные по предшествующим разработкам. За основу данной
БД может быть взята конструктивная библиотека КОМПАС (АСКОН).
Поиск конструктивных решений на основе БД может осуществляться
в нескольких режимах: 1. На экране собирается конструктором графическое
изображение (ГИ), которое формируется из его составных элементов, путем
их размещением на базовом элементе; 2. ГИ формируется из составных час-
тей на основе алгоритмов оптимизации проектных параметров по заданным
критериям; 3. ГИ формируется путем выбора параметров из параметриче-
ского ряда; 4. ГИ и комплект конструкторской документации формируется в
автоматическом режиме на основе заданных определяющих проектных па-
раметров.
ÁÄ ÐÎ
ÁÄ ìàòåðèàëîâ
äåòàëåé è ýëåìåíòîâ
íîðìàëèçîâàííûõ
ÁÄ ñòàíäàðòíûõ è
ÂàëûÎïîðû
Ìîëîòêè
Øòèôòû Ýëàñòè÷íûå ÈÝ
Óïðóãèå ÈÝ
Ïðèâîäû
ÈÝ
Íîæè Ãèáêèå ÈÝ
Íåñóùèå ýëåìåíòû
Рисунок 4.2 – Топологическая схема графической БД
Во всех режимах поиска конструктивных решений происходит опе-
рирование с конструктивными модулями, хранящимися в БД в соответст-

171
вующих форматах данных и объединяющих унифицированные узлы, агрега-
ты, типовые проектные решения, предыдущие наработки, заимствованные
элементы, комплекты КД на типоразмерное изделие. Конструкторская БД
может использоваться для других целей проектирования, не связанных с раз-
работкой КД. Организация информации в БД может осуществляться не-
сколькими способами: 1. На уровне графических изображений (чертежей);
2. В компьютерных форматах (например, в виде трехмерных моделей). В
первом случае выбор конструктивных решений осуществляется перебором
изображений (чертежей) элементов и выбором необходимых данных по
субъективным критериям конструктора. При втором способе информация
востребуется из БД по формальным критериям и структурному описанию.
При таком подходе формирование сборочного чертежа выполняется одно-
временно с составлением графа РО. На входе в БД имеем структурное описа-
ние изделия (схему), величины главного и основных параметров, на выходе –
комплект КД, необходимый и достаточный для изготовления изделия. Орга-
низация БД будет раскрыта позднее. На рисунке 4.3 показана схема поиска
конструктивных решений. На начальном этапе формируется запрос, который
может, в частности, включать в себя: структурное описание объекта проекти-
рования; значение главного и определяющих параметров проектирования.
БД
Алгоритм
Блок реализации КД
Графика КД
Зап росОптимизация
Рисунок 4.3 – Схема поиска конструктивных решений
Запрос формируется на языке SQL и передается в блок, реализующий
оптимизационный алгоритм определения всех проектных параметров по за-
данным критериям и включающий в себя границы изменения параметров и
функциональные ограничения. На основании графической БД и алгоритма
конструирования на основе технических и программных средств машинной
графики с использованием конструкторских библиотек на выходе получается
конструкторская документация.

172
5 Основные принципы конструирования
лесохозяйственных машин на современном этапе
На современном этапе развития общества необходимо при создании и
использовании машин для лесохозяйственного производства учитывать но-
вые условия, которые выражаются в отсутствии централизованного государ-
ственного обеспечения лесного хозяйства новой техникой. Заводы лесного
машиностроения переходят на средний и мелкосерийный выпуск техники на
основе маркетинговых исследований. В то же время, в хозяйствах сохрани-
лось большое количество ранее выпущенных машин. Задача состоит в повы-
шении эффективности их функционирования в условиях перехода к рыноч-
ным способам хозяйствования. Ставится насущная задача расширения но-
менклатуры выпускаемой лесохозяйственной техники в сроки меньше тради-
ционных в 2 – 3 раза.
В сельскохозяйственном машиностроении в последние годы наблю-
дается тенденция перехода к новым принципам создания техники и рефор-
мирования сельскохозяйственного производства [Cостояние инженерно-
технического обеспечения села и сельскохозяйственного машиностроения. -
М.: Издание Государственной Думы, 1998. – 78 с.]. Принципы агроланд-
шафтного земледелия предусматривают: 1) сохранение оптимального соот-
ношения природных ресурсов; 2) оптимизация соотношения площадей под
угодья; 3) сохранение среды обитания флоры, фауны, людей; 4) многофак-
торная адаптация растений в системе растение-почва-климат; 5) гарантиро-
ванное воспроизводство природных ресурсов. В области прогрессивной орга-
низации производства предусматривается реализация принципов адаптив-
ного землепользования: 1) дифференциальное использование потенциала
среды; 2) оптимизация севооборотов; 3) экологичность производства; 4) ог-
раничение антропогенной нагрузки на среду. Реализация принципов агро-
ландшафтного земледелия и адаптивного землепользования определяют тре-
бования в отношении всех субъектов системы человек-общество-природа.
Ориентация на сохранение естественного оптимума соотношений природных
ресурсов и площадей определяет объем и виды работ, а также обуславливает
региональные приоритеты по производству определенной продукции. Реали-
зация принципа гарантированного воспроизводства природных ресурсов тре-
бует разработки машинных технологий с сохранением природного баланса
региона. Принцип ограничения антропогенной нагрузки на среду требует от
конструкторов выбора оптимальных нагрузок машин на почву, при которых
не происходит нарушения экологического равновесия в природе.
Наблюдается тенденция к усилению региональных особенностей при
проектировании систем машин. Такие принципы в частности предусматри-
вают: 1) вариантность машиноиспользования; 2) альтернативность принятых

173
технологических решений и систем машин; 3) минимизация топливно-
энергетических, материальных и трудовых ресурсов; 4) оптимальное сочета-
ние многооперационных и специализированных машин; 5) формирование ад-
ресной системы сервиса; 6) экологичность использования машин. Выполне-
ние указанных принципов требуют от конструкторов разработки пакета ле-
соводственных требований к машинам, созданию типоразмеров по произво-
дительности, размерно-массовым характеристикам, комплектациям, спосо-
бам агрегатирования.
Существенно возрастают требования к человеческому фактору:
1) комфортность, эргономичность и престижность; 2) безвредность произ-
водства; 3) безопасность жизнедеятельности; 3) удобство и простота в управ-
лении, обслуживании и ремонте; 4) социальная защищенность работников; 5)
повышение квалификационных требований [Мазуркин П.М. Биотехническое
проектирование: Справочно-методическое пособие. – Йошкар-Ола: МарПИ,
1994. – 348 с.].
Возрастание роли экологических и ресурсосберегающих факторов
требуют от конструкторов создания высокопроизводительной техники с
обеспечением конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынках.
Все принципы конструирования, применяемые при проектировании
роторных рабочих органов, можно условно разбить на три группы: 1) обще-
машиностроительные принципы; 2) принципы, обусловленные спецификой
применения машин в лесном хозяйстве; 3) принципы, обусловленные осо-
бенностями объекта проектирования.
5.1 Конструирование с позиций системности машин
При проектировании РО следует учитывать системный подход, кото-
рый должен обеспечить максимально возможный эффект при использовании
РО в машине, а машине – в составе системы машин. Система машин, разра-
батываемая для лесного хозяйства, определена нормативными документами
[Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного про-
изводства. Ч. 1У. Лесное хозяйство и защитное лесоразведение. – М.:
ЦНИИТЭИ, 1981. – 204 с.]. Данная система машин явилась информационно-
аналитической базой для определения и прогнозирования основных пара-
метров разрабатываемых машин. В 1996 году была утверждена система тех-
нологий для сельского хозяйства, учитывающая зональные, экономические и
организационные аспекты. В этих системах основной упор делается на мо-
дульность (блочность) технологических операций для всех технологических
процессов.
Анализ существующих технологий и систем машин, применяемых в
лесном хозяйстве, показывает, что формирование системы машин (СМ) не
отвечает принципам системного подхода, а включает только набор конкрет-
ных технологических модулей, адаптеров и технических средств для их реа-

174
лизации. К СМ должны предъявляться технологические требования: непре-
рывность, параллельность, ритмичность, пропорциональность. Недостатки и
отсутствие отдельных элементов в СМ препятствуют полной механизации
лесохозяйственного производства, а основные параметры СМ ориентируют
проектировщиков на разработку ТС, реализующих экстенсивный путь разви-
тия механизации лесного хозяйства. В последние годы наблюдается некото-
рая стабилизация роста количества номенклатуры машин. При проектирова-
нии лесохозяйственного производства сложилась практика, когда в основу
разработки технологии ложатся не почвенно-климатические, лесоводствен-
ные, экологические и организационные условия, а новая технология подго-
няется под существующие машины, часто зарубежного производства, рас-
считанные для эффективной работы в совершенно иных условиях. В 1995 на
государственном уровне были узаконены новые нормативы удельных давле-
ний тракторов и лесозаготовительных машин на почву в зависимости от типа
движителя (160 – 170 кПа для колесных и 50 – 60 кПа для гусеничных трак-
торов). Ранее лесоводственными требованиями допускалось удельное давле-
ние на почву 20 – 50 кПа. На наш взгляд, новые нормативы закрепляют дос-
тигнутый машиностроителями и конструкторами средний технический уро-
вень (45 – 65 кПа для гусеничных машин, и 140 – 200 кПа для колесных ма-
шин), а не нацеливают разработчиков на повышение технических параметров
машин.
Для конструкторов необходимо располагать системой технологий, в
которой должна быть сформулирована система требований к каждой опера-
ции технологического процесса в зависимости от почвенно-климатических,
лесоводственных и экологических условий, допустимый диапазон отклоне-
ний от указанных требований, допустимый экологический ущерб от исполь-
зования СМ. Наличие такой системы и системы базовых машин позволит
конструкторам разрабатывать СМ в виде модульных блоков и осуществить
переход от специализированных машин к комбинированным машинам и
технологиям на основе оптимального набора технологических операций для
выполнения законченного этапа производства, определяемого лесоводствен-
ными, климатическими и другими условиями. Перспективным направлением
является разработка технологических адаптеров – набора технологических
операций, сходных по воздействию на предмет труда и учитывающих поч-
венно-климатические, лесоводственные, экологические, экономические и
другие условия.
В ближайшей перспективе необходимо разработать перечень зон и
подзон механизации лесного хозяйства (по аналогии с сельским хозяйством),
включить в них леса в зоне вечной мерзлоты, которые по площади занимают
более половины территории России, пригородные леса, территории, подверг-
нувшиеся интенсивному техногенному и антропогенному воздействию, го-
родские зеленые насаждения. Следует обосновать номенклатурный ряд ос-
новных технических параметров машин и агрегатов, тип и класс энергопри-

175
водов и базовых шасси. Создать рубрикатор и классификатор основных эле-
ментов лесохозяйственных машин (по аналогии с деталями машин).
При проектировании отдельных видов ТС либо их элементов, разра-
ботка по высокотехническим локальным требованиям, вне связи с требова-
ниями к СМ для механизации всего технологического процесса, не может
обеспечить повышение эффективности всего технологического процесса. До
настоящего времени не решены вопросы внедрения СМ как в методологиче-
ском, правовом, так и в эколого - экономическом аспектах.
5.2 Принцип стандартизации
Принцип стандартизации используется при конструировании РО и
технологических процессов, для которых они применяются.
Применение стандартизации технологических процессов в лесном хо-
зяйстве предусматривает: 1) уменьшение количества разнообразных машин
для выполнения технологических процессов; 2) стремление к тому, чтобы
получать стандартизованный продукт (семена, посадочный материал и т.п.)
во всех лесохозяйственных предприятиях по одной и той же технологии при
применении одинаковой СМ; 3) использование типовых технологических
процессов с учетом специфики природно-климатических и лесорастительных
условий технологической зоны; 4) сокращение числа типовых технологиче-
ских процессов с детальной их разбивкой на типовые технологические опе-
рации, для которых разрабатываются типовые РО.
В последнее десятилетие система стандартизации претерпела значи-
тельные изменения и получила дальнейшее интенсивное развитие. Опубли-
ковано большое число стандартов на продукцию сельского и лесного хозяй-
ства, пищевой промышленности, а также на продукцию переработки древе-
сины. Задел, наработанный по изделиям машиностроения, сохранен в суще-
ственной степени и постоянно совершенствуется. Многие стандарты пере-
сматриваются в сторону приближения их требований к международным
стандартам. Разработан общероссийский классификатор технико-
экономической информации, который отнесен к нормативной документации.
Принят закон «О стандартизации», по которому, технические условия (ТУ)
исключены из перечня нормативной документации и отнесены к конструк-
торской (ГОСТ 2.114 – 95 Единая система конструкторской документации.
Технические условия). Отличительной концепцией действующей в настоя-
щее время системы стандартизации является то, что устанавливается два ви-
да требований к качеству продукции: обязательные и рекомендательные. Вы-
бор необязательных требований выполняется разработчиком и изготовите-
лем.
Закон РФ «О сертификации продукции и услуг» устанавливает по-
рядок подтверждения соответствия изделия требованиям ГОСТов. По ГОСТ
Р 40.003 – 96 обязательной сертификации подвергается сельскохозяйственная

176
техника, к которой предъявляются требования, направленные на обеспечение
безопасности жизнедеятельности, здоровья потребителя, а также на охрану
окружающей среды.
Стандартизация применяется при проектировании всего изделия и его
составных частей. Важнейшим результатом стандартизации должно быть по-
вышение степени соответствия изделия, процессов и услуг их функциональ-
ному назначению. Поиск стандартов осуществляется по их указателям. С
широким внедрением ЭВМ в разработку конструкторской документации
возрастает роль стандартизации и унификации. Для РО унификация приво-
дит к рациональному сокращению числа объектов проектирования (размеров,
параметров, геометрических элементов) одинакового назначения. Унифици-
рованная конструкторская документация, созданная на ЭВМ, может повто-
ряться многократно в разрабатываемой конструкции или в других изделиях.
Унификация упрощает процесс конструирования. Характерным принципом
унификации является составление их из конструктивно завершенных унифи-
цированных элементов (модулей), оформленных в виде конструкторской
библиотеки. В таблице 4.2 приведены примеры унифицированных элементов
РО. В РО, схема которого показана на рисунке 1.42, унифицированы из-
мельчающие элементы (ножи) (345 шт.), несущие диски (16 шт.), оси креп-
ления ножей (6 шт.), опоры вала.
При конструировании лесохозяйственных машин часто используют
стандарты, применяемые для сельскохозяйственных машин. Например, раз-
мерные конструктивные параметры РО почвенных сельскохозяйственных
фрез стандартизированы.
Расчет достигнутого уровня стандартизации осуществляется по от-
раслевой инструкции и определяется по следующим показателям: 1) уровень
стандартизации) 2) коэффициент повторяемости деталей; 3) коэффициент
повторяемости узлов.
При проектировании стандартных конструктивных элементов машин
рекомендуется использование баз данных, реализованный в графической
системе КОМПАС-ГРАФИК (АСКОН). В указанной системе имеются мно-
готомные библиотеки стандартных элементов как конструктивных элементов
машин, стандартных изделий, так и элементов и приемов конструирования,
расчетов и оформления конструкторской документации. Прилагаемый спра-
вочник материалов КОМПАС предназначен для хранения списков материа-
лов (марки, сортаменты, характеристики) для машиностроения и содержит
(на 2002 год) 690 марок и 140 сортаментов и производителей (поставщиков).
Условные обозначения выбранных из справочника материалов вставляются в
конструкторскую документацию. Программный продукт КОМПАС позволя-
ет соблюдать принцип стандартизации при проектировании. В базе данных
хранятся сведения о последних редакциях стандартов и их изменения и до-
полнения. Все библиотеки могут редактироваться и дополняться пользовате-
лями.

177
5.3 Конструирование с позиций технологии изготовления
Конструирование всегда предполагает учет требований технологии
изготовления. При производстве РО из определенного количества материала
получают изделия заданной формы, размеров, точности, характера поверх-
ности и внешнего вида. Затраты на производство закладываются при конст-
руировании изделия и зависят от принципа работы (сложность и число дета-
лей), сложности конструкции, числа стандартизованных, унифицированных
и вновь разработанных элементов, числа восстанавливаемых деталей, формы
деталей, характеристик применяемых материалов, положения и форма обра-
батываемых поверхностей, точности обработки и т.д. В работе [60] нами
приведена методика оптимизации конструктивных параметров РО по крите-
рию минимальной стоимости изготовления их элементов при ограничениях
по нагруженности. Минимизировались затраты на материалы, механическую
обработку деталей ротора, упрочнение, покрытия. Стоимость затрат прини-
малась пропорциональной массе деталей или площади обрабатываемых по-
верхностей. В качестве вычислительного аппарата был принят метод геомет-
рического программирования. Ниже в таблице 5.1 перечислены общема-
шиностроительные конструктивные приемы, позволяющие снизить затраты
на изготовление РО.
Таблица 5.1 – Основные общемашиностроительные приемы
конструирования
Группы
операций
Основ-
ные опе-
рации
Критерии
конструиро-
вания
Основные конструктивные приемы
Учет требо-
ваний литей-
ной техноло-
гии,
учет свойств
материала
Определение всех взаимосвязей при изготовле-
нии деталей литьем, минимальные габариты,
уменьшение толщины стенки за счет использо-
вания жидкотекучести материала,
расчет прочности по толщине стенки с учетом
усадки при охлаждении и возникающих при этом
собственных напряжений и усадочных раковин
Учет особен-
ностей моде-
ли и формы
Упрощение формы,
задание плоских поверхностей,
упрощение изготовления модели и формы,
уменьшение количества стержней,
задание литейных уклонов для выемки модели и
снижение припусков на обработку
Создание
формы
Литье,
спекание,
прессова-
ние
ваний очист-
ки
Легкость удаления литника, прилипшего мате-
риала, стержней и облоя

178
Группы
операций
Основ-
ные опе-
рации
Критерии
вания
Учет условий
обработки
Снижение допусков на размеры литых деталей,
задание шероховатости и качества обработки в
зависимости от материала, способа литья, формы
и размеров,
учет свариваемости материала, его деформируе-
мость, учет параметров технологического обору-
дования, задание достижимой точности изготов-
ления,
задание размеров с учетом параметров оборудо-
вания
ваний ковки
Учет ковкости, текучести материала,
задание переходов сечений, скругленных со всех
сторон кромок,
учет направления волокон,
указание положений и размеров обрабатываемых
поверхностей, ведущих к снижению доли окон-
чательной обработки,
удобство крепления детали
Изменение
формы
Ковка,
гибка,
вытяжка,
выдавли-
вание,
обтяжка,
прокаты-
вание
ваний гибки
Минимизация радиуса гибки, указание разверну-
той длины,
учет деформации кромок и изменений попереч-
ных сечений при гибке,
минимальная ширина полки и расстояния отвер-
стия от кромки изгиба,
учет направлений волокон (направление проката)
Разделе-
ние на
части
Резание
рубка,
резка,
резка га-
зоплаз-
менная
ваний обра-
ботки реза-
нием
Учет свойств материала при обработке со сняти-
ем стружки, снижение доли обрабатываемых по-
верхностей и увеличение доли необрабатывае-
мых поверхностей,
задание стандартных элементов (фаски, галтели,
конусы),
задание базовых поверхностей с учетом пара-
метров металлорежущего оборудования,
доступность обрабатываемых поверхностей,
учет жесткости детали при обработке
Соедине-
ние
Сварка
резьбовое
соедине-
ние,
клепка,
заливка,
фальце-
вание
ваний сварки
Учет свариваемости материала,
учет зависимости между свойствами материала,
способом сварки и объемом производства,
доступность к сварному шву,
расчет сварных швов с учетом собственных на-
пряжений, деформаций и концентраций напря-
жений,
задание оптимального направления сварных
швов с учетом влияния на прочность,
использование современных способов соедине-
ния (сочетание эпоксидного структурного клея и
заклепок при работе соединения на сдвиг)

179
Группы
операций
Основ-
ные опе-
рации
Критерии
вания
сборки
Четкая разбивка изделия на законченные сбо-
рочные единицы (агрегаты) с учетом требований
взаимозаменяемости, удобства сборки и разбор-
ки, задание компенсирующих элементов,
простота замены изнашиваемых деталей, задание
скруглений или фасок сопрягаемых при сборке
элементов,
учет требований эксплуатации и возможности
регулировок
Нанесение
покрытий
Окраска,
гальвано-
покрытие,
осажде-
ние,
напыле-
ние
нанесения
покрытий
Учет адгезионных свойств материала,
простота нанесения покрытий, задание плоских
поверхностей, использование закрытых профи-
лей, не требующих покрытий,
противокоррозионные покрытия, доступность и
видимость защищаемых поверхностей,
разработка специальных крепежных элементов,
предотвращающих повреждения покрытий при
транспортировке
Упрочне-
ние
Термооб-
работка
(отжиг,
закалка,
отпуск,
наугле-
рожива-
ние, азо-
тирова-
ние)
ваний термо-
обработки
Учет свойств структуры материалов, закаливае-
мости, задание благоприятной геометрии дета-
лей,
учет при расчетах направлений теплопотоков
при нагреве и охлаждении, собственных напря-
жений, опасности образования трещин, дефор-
маций, коробления,
применение поверхностных способов закалки,
учет требований последующей обработки (при
ремонте), задание припусков на обработку
5.4 Облегчение конструкций и снижение расхода материалов
Различают структурную и удельную материалоемкость. Структурная
материалоемкость определяет рациональность заданной номенклатуры мате-
риалов, ограниченность использования дорогостоящих материалов, макси-
мальное применение стандартных профилей, рациональное нагружение всех
элементов конструкции.
Удельная материалоемкость (на единицу основного конструктивного
параметра) применяется для сравнения РО одинакового эксплуатационного
назначения, но различного значения основного конструктивного параметра.
Расходы на материалы составляют свыше 50 % затрат на изготовле-
ние машин. Более низкий расход материала, отнесенный к главному пара-
метру машины, указывает на качественное конструирование. Масса машины

180
и ее агрегатов оказывает существенное влияние на техническое обслужива-
ние изделия и его утилизацию. Применение в последние годы облегченных
конструкций в мобильных лесохозяйственных машинах ведет к снижению
удельных давлений на почву, дорогу, уменьшает потери мощности на пере-
движение, повышает маневренность. Для стационарных машин снижение
массы ведет к снижению расходов на материалы и изготовление.
Все многочисленные облегчения конструкции достигаются путем
выбора рациональной формы и материалов меньшей плотности или большей
прочности. Оптимальная форма по критериям функционирования и нагру-
зок обеспечивается за счет точного расчета и анализа нагрузок с учетом ха-
рактеристик выбранного материала. Выбор ограничивается стоимостью изго-
товления, эксплуатации и утилизации. Задание высокопрочных и легких ма-
териалов ограничивается экономическими соображениями, доступностью и
необходимыми технологиями и оборудованием, а также знанием свойств
данных материалов, которые недостаточно изучены. Снижение затрат за счет
уменьшения массы приводит к уменьшениям расходов на эксплуатацию,
транспортировку, техническое обслуживание и утилизацию. Повышение тех-
нического уровня достигается за счет повышения удельных параметров.
Конструктор решает задачу облегчения конструкций как экономиче-
скую, но техническими средствами. Способы облегчения конструкций РО
изложены ниже.
5.4.1 Выбор рационального физико-технического
принципа работы
Если неудачно выбран физико-технический принцип взаимодействия
РО с предметом труда, то машиностроительными приемами трудно добиться
повышения эффективности изделия. Целью конструирования является по-
вышение производительности при той же массе РО, или снижение массы при
той же производительности. Немаловажным критерием является снижение
удельной энергоемкости измельчения. Ранее в таблице 4.1 нами приводилась
классификация способов взаимодействия РО с предметом труда. Наибольшее
распространение получили механические принципы. Переход к немеханиче-
ским принципам работы РО приведет к облегчению конструкций.
Как мы ранее отмечали [60] (Оптимизация кинематики), увеличение
скорости взаимодействия РО с предметом труда приводит к повышению тех-
нического уровня всей машины. У пассивных почвообрабатывающих машин
скорости обработки невелики, а у роторных достигают значений до 10 м/с
(КФП-1,5). РО машин для измельчения кормов обладают скоростью измель-
чения, превышающей значения 40 м/с («Херсонец – 7»). Максимальная ско-
рость достигнута в РО газонокосилок и достигает значений свыше 100 м/с
(СГК-1). Такая скорость является максимально достижимой по критериям
прочности материала РО. Однако данное значение может быть превышено за

181
счет конструктивного приема, реализованного в дезинтеграторе УДА-5 (ри-
сунок 1.34), у которого РО вращаются в разные стороны и имеют индивиду-
альные приводы. Переход от сегментных срезающих устройств к роторному
режущему аппарату приводит к повышению технического уровня и сниже-
нию массы изделия.
При обосновании принципа взаимодействия следует учитывать свой-
ства измельчаемого материала и назначать принципы, при которых взаимо-
действие будет осуществляться в направлении меньшей прочности.
В сельскохозяйственном машиностроении наблюдается тенденция
перехода от механических приводов РО к гидравлическим, от ступенчатых
коробок передач для регулирования частоты вращения РО к гидромеханиче-
ским вариаторам. Наметился переход от общего привода рабочих органов к
встроенным двигателям для привода отдельных агрегатов либо для каждого
РО [ОДЗ-3,0 (рисунок 1.28)].
Использование устройств для ограничении нагрузки и перегрузок
(предохранительные устройства) [68] позволяет рассчитывать элементы ма-
шин с меньшим коэффициентом запаса прочности.
5.4.2 Обеспечение минимальных габаритов
Расположение элементов РО с учетом минимизации для них про-
странства дает возможность уменьшить габариты изделия. Это ведет к
уменьшению расхода материала на кожух, к укорачиванию путей передачи
усилий и энергии к РО, снижает расход материала на несущие конструкции.
В лесных и сельскохозяйственных машинах опоры РО устанавлива-
ются по двум основным схемам: на раме и в корпусе (рисунок 5.1).
Установка опор РО в кожухе (корпусе) ведет к снижению расхода ма-
териалов, но предъявляет повышенные требования к жесткости конструкции
и компенсаторам для опор. В случае использования рам с балками, рабо-
тающими на изгиб и имеющими постоянные поперечные сечения, при боль-
шой длине передачи усилий ведет к увеличению расхода материалов. Следу-
ет стремиться к уменьшению длины валов, так как большая длина передачи
крутящего момента приводит к более высоким деформациям, к снижению
упругости и уменьшению собственных частот колебаний. Отказ от несущих
дисков для закрепления ИЭ на РО ведет к снижению массы (рисунок 1.26).
5.4.3 Выбор статических несущих конструкций
В конструкциях лесохозяйственных машин, предназначенных для из-
мельчения древесно-растительных материалов, учитывая длинные пути пе-
редачи материала между отдельными функциональными группами РО, ис-
пользуется рассредоточенная компоновка узлов и установка многоножевых
режущих аппаратов.

182
В гидроприводах наблюдается увеличение рабочего давления с 10 до
32 МПа. При конструировании кожухов и других корпусных элементов
стремятся минимизировать площади и задавать оптимальные геометрические
формы. Например, при одинаковых объемах площади поверхностей призмы,
цилиндра или шара относятся как 1,24: 1,17: 1.
Óñòàíîâêà ÐÎ â êîæóõå
Óñòàíîâêà ÐÎ íà ðàìå
Рисунок 5.1 – Схемы установки опор РО
Зазор между РО и кожухом минимизируется и ограничивается толь-
ко опасностью забивания измельчаемого материала и нарушением непрерыв-
ности потока. Рациональной следует признать конструкции с вертикальными
роторами, которая позволяет устанавливать большое количество РО [КФВ-
3,6 (рисунок 1.12)]. РО получают вращение от трансмиссионного вала через
зубчатые передачи. Общий вал служит несущей конструкцией для подвески
роторов с кожухом. На рисунке 5.2 показана конструкция машины с установ-
кой РО на раме, изготовленной из швеллеров. Такую несущую конструкцию
вряд ли можно назвать оптимальной.
На несущие конструкции в лесохозяйственных машинах приходится
значительная доля материалов, идущих на изготовление всей машины. При
конструировании несущих конструкций типа рамы, фермы, балки или стен-
ки стремятся задавать статически определимые системы. При увеличении
степени неопределенности возрастает сложность расчетов и снижается их

183
точность.
Êîæóõ
Ðàáî÷èé îðãàí
Ðàìà Îïîðà
::~:
0
~,
0
'~'.
Ïðèâîä
Рисунок 5.2 – Установка РО на раме машины
Несущие конструкции проектируют таким образом, чтобы ее элемен-
ты работали на растяжение или сжатие. При работе конструкции на растяже-
ние используются все ее прочностные свойства. При работе стержней на
сжатие применение высокопрочных материалов не оправдано, поскольку по-
теря устойчивости наблюдается до достижения напряжений предела текуче-
сти. На сжатие хорошо работают тонкостенные трубы круглого или прямо-
угольного сечения, которые часто связывают в пучки. Поскольку положения
РО в машине задано функциональной схемой, то при проектировании ферм,
точное диагональное положение стержней с точной ориентацией узлов зада-
вать не удается. Использование ферм в качестве несущих конструкций наи-
более распространено в стационарных машинах. Для мобильных машин ис-
пользование ферм рациональной конструкции ограничено прежде всего тре-
бованиями минимальных габаритов.
Применение рамных конструкций упрощает технологию изготовле-
ния. Рамные элементы, как правило, нагружаются поперечными и продоль-
ными силами, изгибающими или крутящими моментами, которые вызывают
в них сложное напряженное состояние. При расчетах рамных конструкций
учитывают не только напряжения, но и возникающие упругие деформации. т
Последние могут нарушать работоспособность машины (например, погреш-

184
ность положений или зазора между РО и корпусом), ведут к усложнению
конструкции (например, установка самоустанавливающихся подшипниковых
узлов, или требующих регулировок) или требуют регулировочных подкладок
под опоры.
5.4.4 Совмещение функций элементов конструкции
Суть данного принципа заключается в том, что отдельные элементы
изделия выполняют различные функции: элементы РО, участвующие в про-
цессе измельчения предмета труда, могут одновременно использоваться для
восприятия и передачи усилий в качестве предохранительных устройств или
в качестве корпуса. И наоборот, несущие элементы могут участвовать в из-
мельчении предмета труда. Данный принцип реализуется при проектирова-
нии машины. В качестве примеров реализации данного принципа можно на-
звать: отказ от рам в машинах за счет несущих конструкций корпусов и кузо-
вов; установку полурам и несущих конструкций в тракторах; использование
в качестве несущего основания кожухов РО и рекаттеров; отказ от сквозного
вала в РО барабанного типа с несущей обечайкой; использования вала в ка-
честве несущего элемента; применение несущих дисков в качестве махови-
ков; использование в качестве несущих конструкций емкостей, ресиверов то-
пливных баков. На рисунке 5.1 в нижней части показана конструкция РО, в
которой совмещены функции несущей конструкции (корпус) и рабочей ка-
меры.
5.4.5 Распределение нагрузок по величине,
направлению и частоте
Научной основой вышеизложенных принципов конструирования яв-
ляется теория конструкционных материалов и механика машин. При их при-
менении учитываются основные свойства материалов (упругость, пластич-
ность, усталостные характеристики, износ).
Напряжения в материале вызываются нагрузками и собственными
напряжениями (например, при обработке детали). Собственные напряжения
учесть затруднительно. При проектировании облегченных конструкций не-
обходимо точное знание нагрузок. Под расчетной нагрузкой часто понимают
совокупность случаев нагружения, которые ложатся в основу для определе-
ния размеров деталей и изделия. В лесохозяйственных машинах в зависимо-
сти от источника все нагрузки классифицируют: 1. Статические нагрузки в
опорах, обусловленные массой РО; 2. Рабочие сопротивления, в качестве ко-
торых часто выступают внешние (например, сопротивления измельчению)
воздействия на машину или внутренние (например, сила резания на ноже из-
мельчающего аппарата), действующие в машине силы; 3. Сопротивления
трению и качению, возникающие в подвижных элементах РО; 4. Силы инер-
ции, появляющиеся в силу неравномерности вращения или неуравновешен-

185
ности; 5. Силы сопротивления воздуха и сопротивления на отбрасывание из-
мельченных частичек.
В зависимости изменения во времени различают нагрузки статиче-
ские и динамические. Если величины, направления или точки приложения
сил практически не меняются во времени, то такие нагрузки относят к посто-
янным. В противном случае – к переменным. Динамические нагрузки под-
разделяются по величине на средние (σm), верхние (σmax), нижние (σmin) и
амплитудные (σа), а также на колебательные. В таблице 5.2 дана попытка
классификации нагрузок и методов их расчета. При расчетах динамических
нагрузок силами инерции не пренебрегают. Знакопеременная нагрузка изме-
няется по значению и по знаку. Пульсирующая нагрузка изменяется в преде-
лах одинакового знака. Катящаяся нагрузка характеризуется системой посто-
янных по величине и направлению сил, точка приложения которых переме-
щается относительно заданного тела. При проектировании лесных машин
часто нагрузки делят по характеру приложения на: 1) сосредоточенную на-
грузку, представляемую в виде одной активной силы; 2) распределенную на-
грузку, у которой точка приложения сил образует заданный отрезок или по-
верхность. Характер нагрузок определяет параметры прочности материала,
которые принимаются для расчетов.
При проектировании конструкции РО определяют фактические на-
грузки по их величинам, направлению и частотам. Нагрузки могут опреде-
ляться различными способами:
1. Теоретическим способом (расчет статических сил, вызванных си-
лами тяжести элементов РО; расчет рабочих сопротивлений, возникающих
при взаимодействии РО с предметом труда; расчет сил трения и сил сопро-
тивления качению; расчет сил инерции). Нагрузки получают на базе теорети-
ко-экспериментального анализа рабочих процессов, либо на основе измере-
ний. Эти нагрузки относятся к средним значениям для процесса и использу-
ются для расчета привода РО. Наличие труднообрабатываемых включений в
материале учитывают с помощью коэффициента ударной нагрузки. В рас-
четных случаях, когда определение максимальных нагрузок недоступно либо
в случае неконтролируемости, превышение предельных допустимых нагру-
зок предотвращается с помощью установки в систему предохранительных
устройств. При расчетах динамических нагрузок учитывают колебательные
процессы. Силы инерции деталей, а также возникающие ускорения опреде-
ляют по кинематическим схемам.
2. Пересчет известных нагрузок и заимствование из литературных ис-
точников. Используются методы экстраполяции. Рассчитанные нагрузки про-
веряются на новом образце.
3. Экспериментальное определение нагрузок на ранних стадиях про-
ектирования с помощью моделей, макетов и опытных образцов узлов и ма-
шин. Нагрузки определяются в режиме эксплуатации изделия.

186
Экстремальные нагрузки, найденные при испытаниях экстраполяцией
распределения частоты появления пиков, используются при статических рас-
четах. Следует также учитывать нагрузки, возникающие при сборке, пере-
грузке и транспортировании изделия.
Нагрузки в РО накладываются друг на друга, причем может наблю-
даться сдвиг и по времени и по фазам воздействия. Обычные методы сопро-
тивления материалов (расчет ферм, рам, балок, оболочек и пластин) при рас-
четах конструкций лесохозяйственных машин вследствие большого числа
действующих силовых факторов могут быть оптимально с требуемой точно-
стью рассчитаны только на ЭВМ. В настоящее время для таких расчетов раз-
работаны программы: Ansys (ANSYS, Inc.); MSC/Nastran (MacNealSchwendler
Software); Cosmos/Works (Structural Research & Analysis, Inc.); семейство про-
грамм ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) и др., ко-
торые используют метод конечных элементов для расчета конструкций [128].
Указанные программные средства позволяют автоматизировать процесс ис-
следования механики машин при воздействии статических, динамических
объемных и узловых нагрузок, а также при термическом воздействии. Для
моделирования нестационарных динамических процессов нелинейные на-
грузки задаются в виде таблиц, произведения двух переменных либо поло-
жительной или отрицательной степени переменной.
Моделирование реальной конструкции машины на ЭВМ позволяет
решат важный класс задач динамики – исследование колебаний конструкции
при периодически изменяющихся нагрузках. Даже непериодические воздей-
ствия могут приводить к появлению критических режимов работы с динами-
ческой неустойчивостью, автоколебаниями, параметрическими и другими
видами колебаний. С позиций обеспечения работоспособности РО конечная
цель динамических расчетов – анализ поведения конструкции и синтез пара-
метров проектирования, при которых минимизируются или ограничиваются
последствия динамических воздействий (устранение пиковых напряжений от
нестационарного или ударного воздействия, снижение амплитуды циклов
напряжений, ограничение амплитуд колебаний и ускорений в заданном диа-
пазоне частот, обеспечение устойчивости режимов работы). Математической
основой систем моделирования являются матричные преобразования. Для
модели задаются матрицы масс реальной конструкции; матрицы коэффици-
ентов сил вязкого демпфирования (пропорциональных скоростям смещений),
матрицы жесткости и вектор сил, являющихся функцией времени. Конст-
руктор сам может задавать метод исследований и решения уравнений (пря-
мой переходный анализ, модальный переходный анализ, прямой и модаль-
ный частотный анализ).
Пока такие программы доступны ограниченно. Однако конструктор
всегда может рассчитать опасные места конструкции. Точные методы расче-
тов нагрузок в каждой точке конструкции позволяют выбирать для ее изго-
товления тонкостенные профили.

187
Таблица 5.2 – Типизация нагрузок в лесохозяйственных машинах
Случай на-
гружения
Статическая
(постоянная)
нагрузка
Знакопостоянная
нагрузка
Пульсирующая
нагрузка
Симметричный
цикл нагружения
Удар
статический и
динамический
Стохастическая
нагрузка)
σ=f(t)
T=f(t)
Íàïðÿæåíèÿ
Âðåìÿ
1
σmax=σmin=σm
σaσa
σm
2
σmin
σmax
3
σm
σmin=0
σmax=2σa
4
σm=0
σa
σa
σmin=σa=σmax
à)ñòàòè÷åñêàÿ
σm
5
σmax
σm
6
á)äèíàìè÷åñêàÿ
σm
7
Случай на-
гружения
1 1 - 2 2 3 а) 1
б) 1 - 3
Совокупность
нагрузок
Коэффициент
напряжений
для конструк-
ций
k=σa/σmax =
(2σm /σmax)
- 1
k = +1,0 1 > k > 0 k = 0 k = -1,0
Коэффициент
напряжений
для РО
k=σm/σmax =
(1+k)/2
+1,0 1 > σm/σmax >
0,5
+0,5 0
Коэффициент ударной нагрузки
k = σmax/σm
(1,5 – 3,0)
íàãðóçêè
öèêëîâ
lgn0
σmax
n- ÷èñëî
σm
σ=f(lgn)
Типичные
примеры
Реакции в опо-
рах от сил тяже-
сти
Нагрузки от не-
уравновешенности
Нагрузки от при-
водов, трение
Нагружения цапф
валов
Стопорение роторов (встреча с
камнем), включение
Рабочие сопро-
тивления

188
5.5 Выбор оптимальных форм поперечных сечений на основе
найденных напряжений
Форму задают на основе видов нагружения и требований к прочности
и жесткости конструкции. Оптимизация по критерию прочности заключает-
ся в расчете такого поперечного сечения и использовании прочностных
свойств материала, при котором при минимуме расхода материала обеспе-
чивается работоспособность конструкции в течение срока службы либо при
определенной наработке. Часто учитывают изменения за время эксплуата-
ции свойств материалов (усталость, старение) и размеров сечений (износ,
коррозия). В справочнике [Расчет на прочность деталей машин: Справоч-
ник/И.А. Биргер, Б.Ф. Шор, Г.Б. Иоселевич. - М,: Машиностроение, 1979. –
310 с.] приводятся основные правила конструирования облегченных конст-
рукций:
Для рам
1. Применение тонкостенных и гнутых профилей. Данный принцип
допускается применять при точном расчете действующих на конструкцию
нагрузок. На рисунке 5.3 показана тенденция развития данного принципа при
проектировании рам. Замена уголков горячекатаных (ГОСТ 8509-93, 8510-85)
на уголки холодногнутые (ГОСТ 19771-93, 19772-74) дает облегчение конст-
рукции на 25 % [129];
Øâåëëåð ÃÎÑÒ 8278-83Øâåëëåð ÃÎÑÒ 8240-89 Ïðîôèëü ñâàðíîé ÒÓ 36-2287-80
Рисунок 5.3 – Тенденции развития облегченных профилей для рам
2. Использование профилей с высокими стенками для конструкций,
работающих на изгиб в одной плоскости. Для таких режимов нагружения
подходят П-образные, Z-образные, U-образные, Г-образные, период и
двутавровые профили. На рисунке 5.4 показана тенденция развития профи-
лей сечений для рам, работающих на изгиб в одной плоскости. Для открытых
профилей момент инерции и сопротивления на кручение в десятки раз мень-
ше их значений по оси х. Такие профили рекомендуется применять для эле-
ментов рам, работающих только на изгиб;
3. Использование коробчатых профилей для сечений рам, работаю-

189
щих на изгиб в двух плоскостях. Такой профиль эффективен даже в случае
наложения дополнительного крутящего момента;
4. Для элементов рам, работающих на скручивающие нагрузки, ис-
пользуют закрытые профили. Для закрытых профилей моменты инерции се-
чения и моменты сопротивления являются величинами одного порядка. Это
позволяет использовать такие профили в конструкциях рам, одинаково рабо-
тающих как на изгиб, так и на кручение. Толщина стенок для холодногнутых
сварных профилей составляет от 2 до 10 мм, а габариты – от 20 х 20 до 250 х
250 мм.
Áàëêà äâóõòàâðîâàÿ
ÃÎÑÒ 8232-89
Øâåëëåð îáëåã÷åííûé
ÃÎÑÒ 6185-88 Òðóáà ïðÿìîóãîëüíàÿ
ÃÎÑÒ 8645-68
Äâóòàâð ñ ïàðàëëåëüíûìè
ãðàíÿìè ÃÎÑÒ 26020-83
Рисунок 5.4 – Тенденция развития профилей для рам
Использование облегченных профилей и тонколистового материала
может приводить к выпучиванию, опрокидыванию, продольному изгибу или
к изменению поперечного сечения. Для предотвращения подобных явлений
следует стремиться к тому, чтобы точка приложения изгибающего усилия
точно совпадала с центром тяжести сечения. Открытые профили обычно
усиливают ребрами жесткости.
В рамах лесохозяйственных машин часто встречаются места прило-
жения и изменения направления нагрузок, в которых возможна концентрация
напряжений. Для уменьшения подобного явления используют следующие
конструктивные приемы: 1) распределение усилий по возможно большей
площади конструкции; 2) для тонкостенных конструкций силы должны дей-
ствовать в плоскости стенки, но перпендикулярно ей; 3) для конструкций,
работающих с динамическими нагрузками, следует избегать резких перепа-
дов размеров и форм поперечных сечений, а также жесткостей; 4) сварные
швы располагают в тех местах конструкции, где меньшие напряжения.

190
Наиболее рациональными сварными соединениями для рам являются
кольцевые и рельефноточечные швы, выполненные машинной электродуго-
вой сваркой в среде углекислого газа. Иногда рамы подвергают термоупроч-
нению и наклепу дробью.
Для конструкций, к которым предъявляются жесткие требования по
массе, применяются двутавры из алюминиевых сплавов (ГОСТ 8617-81) мак-
симального размера 50 х 50 х 2.5 мм, швеллеры (ГОСТ 8617-81) максималь-
ного размера 40х80х4 мм и уголки.
Для валов
1. Применение калиброванных круглых (ГОСТ 2590-75), квадратных
(ГОСТ 2591-88) и шестигранных (ГОСТ 8560-78) профилей, изготовленных
методом волочения или горячекатаных, позволяет исключить механическую
обработку валов и значительно повысить их статическую и усталостную
прочность;
2. Замена сплошных профилей полыми. На рисунке 5.5 показана тен-
денция развития профилей, с равными моментами сопротивления на круче-
ния, используемые для валов. Использование таких профилей позволяет
уменьшить массу вала на 45 % [124]. При отношении внутреннего диаметра
полого вала к наружному диаметру, равному 0,9, моменты сопротивления и
инерции полого профиля возрастают соответственно в 4, 5 и 10 раз. Масса
валов уменьшается при использовании стандартных конструктивных элемен-
тов: галтели, скосы, плавные переходы. Использование фланцевого крепле-
ния опор валов уменьшает массу опор.
Примеры конструктивного воплощения пустотелых валов для РО
показаны на рисунках 1.24 – 1.27. Пустотелые валы получили распростране-
ние в рабочих органах с шарнирным креплением измельчающих элементов к
ротору. Проушины шарниров крепления привариваются непосредственно к
трубчатому валу. Перспективным является использование для конструирова-
ния валов труб круглых из титановых сплавов ПТ7М ГОСТ 19807-91 с мак-
симальным размером 102 х 5 мм по ОСТ 1.90050-72 и ГОСТ 22897-86. Свар-
ка титановых сплавов осуществляется проволокой титановой сварочной
ГОСТ 27265-87.
Валы квадратного сечения удобны для монтажа и закрепления на них
несущих дисков и элементов привода. Анализ конструктивных решений по-
казывает, что пустотелые валы используются в тех случаях, когда их длина
превышает 1000 мм.
Комбинированные валы из труб и концевых вставок используются в
измельчителях кормоуборочных машин и комбайнах. Концевые вставки рас-
полагаются в местах установки валов на опорах. Для сельскохозяйственных
машин диаметры валов регламентируются ГОСТ 2089-78. Максимальный
размер установлен в 100 мм. Все конструктивные элементы валов стандарти-
зованы.

191
Для кожухов:
1. Использование тонколистового проката. Замена толстого горячека-
таного листа (ГОСТ 19903-74) листом тонким холоднокатаным (ГОСТ 19904-
90) дает существенное облегчение конструкции;
2. Применение листов тонких холоднокатаных оцинкованных (ГОСТ
19904-90) и полосы холоднокатаной (ГОСТ 103-76) повышает защитные
свойства кожухов;
Êðóã ãîðÿ÷åêàòàííûé
ÃÎÑÒ 2591-88
Òðóáà áåñøîâíàÿ
ãîðÿ÷åäåôîðìèðîâàííàÿ
ÃÎÑÒ 8732-78
õîëîäíî è òåðìîäåôîðìèðîâàííàÿ
ÃÎÑÒ 8734-87
õîëîäíîäåôîðìèðóåìàÿ
ÃÎÑÒ 9941-81
îñîáîòîíêîñòåííàÿ
ÃÎÑÒ 10498-82
Êâàäðàò ãîðÿ÷åêàòàííûé
ÃÎÑÒ 2591-88
êâàäðàòíàÿ ÃÎÑÒ 8639-82
ïðÿìîóãîëüíàÿ
ÃÎÑÒ 8645-68 Òðóáà òðåóãîëüíàÿ
ÃÎÑÒ
Рисунок 5.5 – Тенденции развития профилей для валов
3. Выбор для кожуха лент холоднокатаных из углеродистых конст-
рукционных сталей (ГОСТ 2284-79) и из низколегированных сталей (ГОСТ
503-81) позволяет конструировать кожухи оптимальной формы. Использует-
ся также лента холоднокатаная коррозиестойкая (ГОСТ 4986-79);
4. Для повышения жесткости кожухов, в случае установки опор РО на
фланцевом креплении, применяют листы рифленые, профилированные и
гофрированные;
5. Выполнение ненагруженных конструкций из сетки тканой сталь-
ной ГОСТ 3826-82 в тех местах кожухов, где необходимо регулирование
воздушного потока;
6. Выполнение конструктивно кожухов в виде жесткого каркаса с
обшивкой листовым материалом.
Использование современных марок сталей, рационально сочетающих
в себе прочностные, вязкопластичные и усталостные свойства, допускает ма-
лые радиусы изгиба, что позволяет выбирать более рациональные конструк-
тивные формы кожухов.
Каркас обычно располагается снаружи. Соединение каркаса с кожу-
хом чаще всего выполняют следующим образом: 1) потайными заклепками.
В последнее время обычные заклепки вытесняются заклепками для безудар-

192
ной клепки (Avdelok), которые обжимаются по кольцу пневматическим инст-
рументом; 2) точечной сваркой с последующим цинковым покрытием. При
сборке кожухов РО часто промежуточные панели соединяют с каркасом с
предварительным натяжением, что устраняет коробление; 3) армирующий
каркас располагается внутри кожуха, который выполняется двойным. Такие
конструкции имеют значительную жесткость при относительно небольшой
массе.
Применение тонкостенных конструкций может приводить к дефор-
мациям (депланации), поэтому такие конструкции, как правило, требуют уси-
ления. Расчет кожухов выполняется на основе теории безмоментных и мо-
ментных оболочек. Преимущества оболочек как конструктивных элементов
полностью реализуются в том случае, когда их стенка работает на растяже-
ние (сжатие).
При конструировании кожухов, выполненных по цилиндрической
форме из тонкостенного материала, стремятся выполнить следующие прави-
ла: 1) форма кожуха должна быть плавной без резкого изменения радиуса
кривизны; 2) закрепленные края кожуха не должны приводить к появлению
реактивных сил; 3) распределение нагрузки по кожуху должно быть равно-
мерным или плавноменяющимся; 4) места сопряжения днища кожуха и бо-
ковин при соединении сваркой выполняют встык.
Основные типоразмеры сортаментов для изготовления РО приведены
в приложении А
5.6 Выбор материалов
При выборе марки материала конструктор учитывает функциональ-
ные требования, выполняемые машиной и условия обеспечения прочности.
Необходимо также учитывать требования технологии изготовления. Выбор
материала, способа его обработки с учетом технических и экономических
условий – единая задача при конструировании. Конструируя РО, кроме зна-
ния основных характеристик материала (химическая стойкость, относитель-
ное удлинение, плотность, упругость, коэффициенты трения, твердость,
электропроводность, теплопроводность, температура плавления, тепловые
расширения), необходимо знать свойства, связанные с технологией изготов-
ления (жидкотекучесть, сцепление с покрытием, свариваемость, прокатывае-
мость, способность к глубокой вытяжке, обрабатываемость резанием).
При выборе материалов следует максимально сократить их ассорти-
мент, а при изготовлении деталей стремятся к применению операций, обес-
печивающих экономию материалов. Между затратами на материалы и их
массой существует линейная зависимость. Однако уменьшение массы связа-
но с применением более высококачественных (более дорогостоящих или
труднообрабатываемых) материалов. Минимум затрат на изготовление оп-

193
ределяется прежде всего затратами на материалы, хотя минимум затрат на
изготовление еще может быть не достигнут.
В настоящее время конструктор располагает большой номенклатурой
материалов. Стоимость материалов (сырья) в стоимости машины увеличива-
ется большими темпами, чем стоимость остальных статей расходов (напри-
мер, энергия и заработная плата). Стоимость затрат на обработку в связи с
ростом автоматизации и механизации производства на основе новых техно-
логий постоянно снижается. В связи с этим снижение удельного расхода ма-
териала (затраты на материалы и их масса) является актуальной проблемой.
Анализ показывает, что очень разнообразные требования, предъяв-
ляемые к материалу, не могут быть одновременно удовлетворены в полном
объеме. Оптимальное по экономическим критериям конструктивное решение
может быть получено только компромиссным путем. Например, применение
более прочного материала часто связано с затратами на новое оборудование
и новые технологии. Часто имеющееся устаревшее оборудование требует от
конструктора выбора только материалов с определенными свойствами. Ос-
новная задача конструктора заключается в том, чтобы выбрать такой матери-
ал, у которого бы было максимально использовано число его полезных
свойств, особенно прочностных и технологических.
В последнее десятилетие появилось большое число новых стандартов
на стали, цветные металлы, сплавы на их основе, полимеры. Однако стали
остаются основными материалами в сельскохозяйственном машиностроении.
При использовании высокопрочных, улучшенных и цементируемых сталей
следует принимать во внимание следующие обстоятельства: 1) максимально
прочностные свойства реализуются при нагрузках с невысоким коэффициен-
том динамичности. При возрастании коэффициента увеличивается влияние
на прочность микротрещин в материале, в результате чего расчетное напря-
жение возрастает незначительно; 2) высокая прочность позволяет задавать
сечения с меньшей толщиной стенок, что приводит к уменьшению жестко-
сти. В данном случае является актуальной проблема увеличения жесткости
сечений конструкции за счет ее формы; 3) высокопрочные стали предъявля-
ют более высокие требования к способам обработки и к свариваемости.
Тенденции развития лесных машин (увеличение энергонасыщенно-
сти, скоростей рабочих процессов, производительности и мобильности), а
также особенности эксплуатации (низкие температуры, запыленность, повы-
шенный абразивный износ) указывают на то, что использование сталей об-
щего назначения и обычного качества (ГОСТ 380-94) не в состоянии удовле-
творить требованиям надежности и металлоемкости. Необходимость сохра-
нения равнопрочности для разнонагруженных элементов конструкции при-
водит к перерасходу материалов.
При выборе нержавеющих сталей учитывают ее высокую стоимость и
применяют в следующих конструктивных элементах: 1) детали и узлы, на-
блюдение за которыми в процессе эксплуатации затруднено; 2) тонкостенные

194
конструктивные элементы, состояние которых можно проверить только при
техническом обслуживании и доступ к которым затруднен; 3) элементы ста-
ционарных машин, которые постоянно подвержены атмосферным воздейст-
виям; 4) элементы большой площади, испытывающие распределенную на-
грузку, особенно скользящего действия (например, внутренняя часть кожу-
хов и реккатеров); 5) несущие, сильнонагруженные конструкции, поверх-
ность которых подвергается воздействию агрессивной среды.
При выборе материалов проводится технико-экономический и техно-
логический анализ по различным вариантам. Оптимальным вариантом будет
вариант конструкции, обладающий меньшим расходом материала (по массе и
стоимости).
5.6.1 Несущие конструкции
На несущие конструкции устанавливаются РО, и они воспринимают
значительные нагрузки. Анализ показывает, что в лесном, сельскохозяйст-
венном машиностроении, а также в машиностроении для дорожного строи-
тельства при изготовлении несущих конструкций машин полностью осуще-
ствлен переход на качественные стали (ГОСТ 1050-88), стали для сварных
конструкций (ГОСТ 19282 ) и стали легированные (ГОСТ 4543-71). Низко-
легированные стали при небольшом содержании легирующих элементов об-
ладают достаточным пределом текучести и пониженной склонностью к ста-
рению, свариваемостью без ограничений. Применение низколегированных
сталей марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2Б (ГОСТ 19282) позволяет уменьшить массу
нагруженных элементов конструкции и снизить расход материалов на 15 –
20 %. Для рамных несущих конструкций применяются стали, основные
марки которых приведены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 – Основные марки сталей, применяемые для
изготовления рамных несущих конструкций
Марка стали σσσσт не ме-
нее, МПа
σσσσв не ме-
нее, МПа
δδδδ,% Примечание
08кп, 08пс, 08Фпс
ГОСТ 1050-88
200 330 33 Малонагруженные рамы, ХС, ХШ
15кп, 15, 15пс
ГОСТ 1050-88
230 380 27 Рамы сложной формы при вибра-
ционной нагрузке, ХС, ХШ
20кп, 20
ГОСТ 1050-88
250 420 25 Усилители рам, косынки, попере-
чины, ХС, ХШ
25кп, 25, 25пс
ГОСТ 1050-88
280 460 23 Продольные и поперечные балки
рам, ХС
35
ГОСТ 1050-88
320 540 20 Рамы из прямоугольных труб, УС
09Г2
ГОСТ 19282
310 450 21 Поперечины рам, усилители.
кронштейны, УШ, ХС

195
Марка стали σσσσт не ме-
нее, МПа
σσσσв не ме-
нее, МПа
δδδδ,% Примечание
09Г2С
ГОСТ 19282
780 930 12 Высокопрочные рамные конструк-
ции, закаливаемые, ХС
10Г2Б
ГОСТ 19282
250 430 22 Конструкций, работающие при
низких температурах, ХС
12ГС
ГОСТ 19282
1080 1130 15 Поперечины рам, усилители.
кронштейны, закаливается, УШ,
ХС
10ХСНД
ГОСТ 5632-72
400 540 19 Продольные балки рам, усилители,
кронштейны, УШ, ХС
15ХСНД
ГОСТ 4543-71
350 500 21 Продольные балки рам, усилители,
кронштейны, коррозиостойкие
УШ, ХС
12Г2АФ
ГОСТ 19282
400 500 22-
23
Поперечные балки рам при дина-
мических нагрузках, УШ, ХС
17Г2АФ
ГОСТ 19282
500 600 20 Продольные балки рам при дина-
мических нагрузках, УШ, ХС
16Г2САФ
ГОСТ 19282
480 610 26-
28
Поперечные и продольные балки
рам при динамических нагрузках,
УШ, ХС
12ГНЗМФАЮДР
ГОСТ 5632-72
700 820 12-
14
Особонагруженные сварные рамы,
усилители, кронштейны
Примечание: ХС – хорошая свариваемость без ограничений; ХШ – хорошая штампуе-
мость; УС – удовлетворительная свариваемость; УШ – удовлетворительная штампуе-
мость.
Перспективным направлением в сельскохозяйственном машино-
строении является изготовление несущих конструкций из сталей марок Ч-33
и Ч-37 [Комплекс свойств низколегированной стали Ч-33/В.М. Смирнов и др.
// Тракторы и сельхозмашины. - 1988. - № 10 . - С. 24 – 27] с контролируемой
прокаткой, контролем формы и распределения неметаллических включений
в структуре стали. Данные стали имеют преимущества по сравнению с каче-
ственными сталями (ГОСТ 1050-88) и низколегированными сталями (ГОСТ
19282) за счет добавок титана, алюминия, ванадия и повышенного содержа-
ния марганца. Основные преимущества: 1) более рациональное сочетание
прочностных, вязкопластичных и усталостных свойств в исходном состоянии
при хорошей свариваемости, позволяющее использовать данные стали для
конструкций, работающих при ударных нагрузках; 2) высокая технологиче-
ская прочность сварных соединений (выше в 1,5 раза); 3) высокая пластич-
ность позволяет задавать малые радиусы изгиба при холодном деформирова-
нии (таблицы 5.4 и 5.5). До настоящего времени вышеназванные стали в
нормативных документах не представлены.
Анализ данных, приведенных в таблице 5.5, показывает, что разру-
шение сварных образцов при статическом напряженном состоянии происхо-
дит по основному металлу.

196
Таблица 5.4 – Механические свойства сталей
Марка стали Временное
сопротивле-
ние,
σσσσв не менее,
МПа
Предел текуче-
сти,
σσσσт не менее,
МПа
Относи-
тельное
удлинение
δδδδ,%
Ударная
вязкость,
мДж/м2
,
(при –200
С)
Диаметр
оправки
при холод-
ном изгибе
на 180 0
Ст3сп
ГОСТ 380 -94
380 250 26 0,40 1,5а
09Г2
ГОСТ 19282
450 310 21 0,35
(при – 40 0
С)
2,0а
Ч-33 430 330 26 0,40 а
Ч-37 470 370 24 0,40 а
а – толщина листа
Анализ данных таблицы 5.4 показывает, что использование сталей
Ч-33 и Ч-37 позволит уменьшить расход материала для несущих конструк-
ций.
Таблица 5.5 – Механические свойства сварных соединений
(толщина - 6 мм, сварка в среде углекислого газа,
соединение стыковое без разделки,
погонная энергия сварки - 8,14 кДж/см)
Ударная вязкость,
KCT, мДж/м2
Марка ста-
ли
σσσσв не
менее,
МПа
σσσσт не ме-
нее, МПа
δδδδ,% Угол за-
гиба, рад
по шву по линии
сплавления
Ст3сп
ГОСТ 380 -94
430 260 23 2π - 0,80
Ч-33 500 360 21 2π 1,0 0,70
15ГФ 520 380 21 0,40
В особых случаях при жестких ограничениях на массу несущих кон-
струкций элементы рам могут изготовляться из легких высокопрочных тер-
мообработанных сплавов и неметаллических композитных материалов. На-
пример, применение алюминиевого сплава с пределом текучести 320 – 460
МПа при обеспечении необходимой прочности и жесткости позволяет сни-
зить массу несущих конструкций на 20 %. Данные материалы обладают от-
личной и хорошей свариваемостью. В лесохозяйственных машинах указан-
ные материалы распространены ограничено. В приложении приведены па-
раметры деформируемых алюминиевых и титановых сплавов, применяемых
для изготовления сварных несущих конструкций.

197
5.6.2 Кожухи
Кожухи в основном изготовляют из листового стального материала.
Основными способами соединения являются сварка и клепка. Кожух может
выполнять две функции: 1) в качестве рабочей камеры, в которой происходит
измельчение предмета труда; 2) в качестве несущей конструкции, на которой
устанавливаются опоры РО. Выполнение данных функций накладывает тре-
бования на выбираемый материал. С одной стороны, кожух должен обладать
достаточной жесткостью и прочностью, а с другой, – противостоять воздей-
ствию измельчаемого материала, вызывающему износ внутренней поверхно-
сти. Взаимодействие РО и предмета труда дополнительно нагружает кожух,
деформация которого вследствие малого зазора между концами измельчаю-
щих элементов и стенкой может привести к нарушению работоспособности и
к аварийному отказу. В ряде конструкций РО имеет место дополнительные
нагрузки на валы и опоры в результате нерационального выбора привода
(приводы ременные и цепные). Такая схема наблюдается в конструкции рас-
смотренного ранее отделителя древесной зелени ОДЗ-3,0 (рисунок 1.28). По
данной схеме кожух дополнительно нагружается силой, возникающей в при-
воде и приводящей к деформациям. Для избежания заклинивания следует
увеличивать жесткость кожуха, что ведет к увеличению расхода материала.
Привод РО от соосноустановленного с валом автономного привода или от
карданного вала устраняет данный конструктивный недостаток. В таблице
5.6 приведены характеристики основных материалов для изготовления ко-
жухов.
Использование легированных сталей при агрессивном или коррози-
рующем воздействии измельчаемого материала приводит к снижению расхо-
да материала. При измельчении почвы и других абразивных материалов ис-
пользуют износостойкие материалы. Применение цветных металлов должно
быть технически и экономически обосновано. В последние годы расширяется
применение биметалла, например, кожухи изготовляют из коррозионно-
стойкой стали малой толщины, но при усилении снаружи конструкционной
сталью. Реккатеры изготовляют из износостойких материалов, обладающих
большой жесткостью.
Большие перспективы имеет тенденция использования пластмасс для
изготовления кожухов и деталей РО. Поставляются в виде листов, например:
стекло органическое листовое ГОСТ 10667-90; текстолит и стеклотекстолит
конструкционный ГОСТ 5-78, ГОСТ 10292-74. полиэфирные смолы имеют в
зависимости от марки: плотность ρ = 1,03 – 1,32 г/см3
; предел прочности при
растяжении σв = 25 – 79 МПа; при сжатии σвсж = 79 – 137 МПа; ударную вяз-
кость КС = 2 – 98 кДж/м2
; предельное относительное удлинение δ = 1 –
134 %. Наиболее прочные из термопластов – ароматические полиамиды (σв =
140 МПа; σвсж = 240 МПа; КС = 60 – 120 кДж/м2
; δ = 4 – 6 %; НВ = 180 –
280).

198
Таблица 5.6 – Характеристики основных материалов,
применяемых для конструирования кожухов
(поставка - листы ГОСТ 21631-76, ГОСТ 22635-77,
ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-90)
Марка мате-
риала
Временное
сопротивле-
ние
σσσσв ,МПа
Предел текуче-
сти
σσσσт, МПа
Относи-
тельное
удлинение
δδδδ,%
Модуль уп-
ругости Е,
⋅⋅⋅⋅10-5
МПа
Модуль
сдвига G,
⋅⋅⋅⋅10-4
МПа
05кп
ГОСТ 1050-88
300 200 30 2,0 7,4
08
ГОСТ 1050-88
330 200 35 2,1 7,4
ст2
ГОСТ
380 200 31 2,1 8
ст2кп
ГОСТ 380-94
380 200 31 2,1 8
20
ГОСТ 1050-88
400 240 24 2,1 6
10Г2
ГОСТ
430 250 22 2,1 8
Д-16АТ
ГОСТ 4784-97
415 275 10 7,2 2,7
Д19
ГОСТ 4784-97
480 350 11 0,71 2,7
АМг4
ГОСТ 4784-97
320 190 40 0,71 2,7
МА18
ГОСТ 14957-76
185 150 60 0,45 -
ВТ1
ГОСТ 198071-91
350 270 50 1,1 3,9
08ГСЮТ
ГОСТ 5632-72
590 410 20 2,1 7,7
09Г2
ГОСТ 19282
930 780 12 2,1 8
16ГС
ГОСТ 19282
490 330 27 2,1 8
14ХГС
ГОСТ 19282
490 345 22 2,0 7,7
15ХСНД
ГОСТ 19282
490 345 21 2,0 7,7
10Г2С1
ГОСТ 19282
485 335 35 2,0 7,7
12Х18Н9Т
ГОСТ5632-72
540 495 40 2,0 2,0 7,7

199
Устойчивы в маслах, бензине, кислотах – поликапромиды (капрон, перлон,
силон и др.), которые обладают высоким относительным удлинением (ρ =
1,13 – 1,15 г/см3
; σв = 60 - 70 МПа; σви = 90 МПа; КС = 150 кДж/м2
; δ = 150 –
400 %; температура размягчения 210 0
С). Из таких материалов изготовляют
детали машин (опоры подшипников, несущие диски, защитные кожухи и
др.).
5.6.3 Валы
Валы РО нагружены в основном крутящими и изгибающими момен-
тами. Изгибающие моменты вызывают нормальные напряжения, изменяю-
щиеся по симметричному циклу (таблица 5.2, позиция 4). Характер касатель-
ных напряжений определяется характером нагрузок, которые могут изме-
няться по случайному закону. Валы обычно рассчитывают на статическую
прочность и на выносливость. Анализ конструкций показывает, что валы РО
имеют значительную длину (свыше 1000 мм) и часто выполняют несущую
функцию. Смещение вала в осевом направлении ограничивается в одной из
опор. Наиболее распространены двухопорные (на подшипниках скольжения
или качения) валы. Многоопорный трансмиссионный вал установлен в куль-
тиваторе КФ-5,4 (рисунок 1.13). В таком валу возникают дополнительные на-
грузки. В каждой опоре бывает по одному или по два подшипника. Класси-
фикация валов приведена в таблице 4.4, позиция 3. Массы деталей, установ-
ленные на валах, значительны и вызывают изгибающие моменты. Для раз-
грузки валов от изгибающих моментов часто соединяют несущие диски ося-
ми, проходящими через них (рисунок 1.43), или скручиваемыми втулками.
Полыми валы конструируются при большой длине (свыше 1000 мм). Концы
валов выполняются цилиндрическими или коническими. Для валов обяза-
тельными являются расчеты на прочность, выносливость и жесткость. Для
быстровращающихся валов рассчитывают критические скорости вращения.
Часто валы рассчитывают на изгибные колебания.
Масса валов может составлять существенную долю массы РО, по-
этому снижение расхода материалов для валов, может приводить к снижению
материалоемкости всей машины.
В сельскохозяйственном машиностроении валы в основном изготов-
ляют из качественных сталей (таблица 5.7).
Как мы ранее отмечали, валы конструируются сплошными или пусто-
телыми. Для изготовления пустотелых валов используют трубы бесшовные
холоднокатаные (ГОСТ 9941-81 и ГОСТ 10498-82), а также трубы из тита-
новых сплавов (ОСТ 1.900050-72 и ГОСТ 22897-86) (приложение Б). Титано-
вые сплавы обладают хорошей свариваемостью и закаливаемостью. В от-
дельных случаях используются трубы водогазопроводные (ГОСТ 3262-72) и
электросварные коррозионностойкие (ГОСТ 11068-81). Рабочие поверхности
валов подвергают поверхностной закалке, цементированию и азотированию.
В качестве заготовок для валов большого диаметра используют поковки (ру-

200
бительные машины).
Таблица 5.7 – Характеристики сталей, применяемых для валов
(ГОСТ 1050-88, ГОСТ 4543-71) [закалка 880 0
С (вода, масло;
отпуск 400 0
С (воздух)]
Марка Диаметр заго-
товки, мм
Н
В
σσσσв,
МПа
σσσσт,
МПа
σσσσ-1,
МПа
ττττ-1,
МПа
ψψψψσσσσ ψψψψττττ
45 не ограничен
120
80
200
240
270
560
800
900
280
550
650
250
350
380
150
210
230
0
0,1
0,1
0
0
0,05
40Х не ограничен
200
120
200
240
270
730
800
900
500
650
750
320
360
410
200
210
240
0,1 0,05
30ХГТ не ограничен
120
60
270
320
415
950
1150
1500
750
950
1200
450
520
650
260
310
330
0,1
0,15
0,2
0,03
0,1
0,1
50Х 229 900 1100
Примечание: σ-1- предел выносливости при симметричном изгибе; τ-1 – предел выносливо-
сти при кручении; ψσ ,ψτ - коэффициенты, характеризующие чувствительность материала к
асимметрии цикла напряжений.
5.6.4 Измельчающие элементы
Измельчающие элементы (ИЭ) работают в условиях интенсивного
износа и подвергаются воздействию динамических нагрузок. Способы по-
вышения износостойкости будут рассмотрены далее. Основными разновид-
ностями измельчающих элементов являются: ножи, молотки, штифты, дис-
ки, гибкие (переменной формы) элементы. Параметры ИЭ существенно
влияют на процесс измельчения, энергоемкость, а также в значительной сте-
пени определяют надежность всего РО. Часто при конструировании ИЭ ис-
пользуют несколько видов материалов одновременно. Это обуславливается
разнообразием предъявляемых требований: прочность, упругость, пластич-
ность, ударные свойства, термопрочность (при нагреве и при низких темпе-
ратурах).
Для конструкций ножей определяющими являются геометрические
параметры: толщина и длина ножа, длина лезвия, угол заточки. Ножи почво-
обрабатывающих РО работают при скоростях 3,5 – 5 м/с. Их конструктивные
параметры стандартизованы (таблица 1.2). Ножи лесных фрез изготовляются
из пружинных сталей ГОСТ 14959-79. (Приложение В). Лезвие ножа термо-
обрабатывают до твердости HRC 50. В незакаленной части ножа твердость
составляет не более НВ 270.
РО для измельчения древесно-растительных материалов функциони-

201
руют при скоростях взаимодействия с предметом труда в пределах от 35 до
45 м/с (Н.Е. Резник). При такой скорости велико ударное воздействие на ИЭ.
Острота лезвия для таких ножей задается в пределах от 20 до 40 мкм. Конст-
рукция таких ИЭ показана на рисунке 1.25. Тело ИЭ изготовляется из поло-
совых низколегированных сталей с повышенной ударной вязкостью (табли-
ца 5.8). Рабочая поверхность ножа упрочняется.
Цельные ножи изготовляют из высокоупругих сталей ГОСТ 14959-
79. Ножи подвергаются объемной термобоработке до твердости HRC 39 – 44
или закаливают ТВЧ лезвийную часть ножа до твердости HRC 44 – 50 (для
стали 65Г).
Таблица 5.8 – Основные механические свойства
низколегированной толстолистовой и широкополосной
универсальной стали (ГОСТ 19282 – 73)
Марка стали σσσσв не менее,
МПа
σσσσт не менее,
МПа
δδδδ,% Ударная вязкость,
мДж/м2
(при –40 0
С)
09Г2; 09Г2Д 450 310 21 0,35-0,40
09Г2С; 09Г2СД 500 350 21 0,35-0,40
10ХСНД 540 350 19 0,40-0,50
15ХСНД 500 350 21 0,30-0,40
15ГФ 520 380 21 0,30-0,40
В РО отделителей древесной зелени устанавливаются цельные изно-
состойкие ножи. За рубежом режущие ИЭ изготовляют из высокопрочных (с
добавками бора, титана и молибдена) сталей (σв до 2000 МПа).
Использование сталей повышенной прочности позволяет изготовлять
ножи из полосового ГОСТ 103-76 и ленточного ГОСТ 2283-79 и ГОСТ 4986-
79 проката уменьшенной (до 30%) толщины, что значительно снижает ме-
таллоемкость.
Для РО, функционирующих в агрессивной среде и при высоких тем-
пературах, назначаются стали коррозионностойкие и жаропрочные ГОСТ
5632-72, поставляемой в виде лент ГОСТ 4986-79 (до 6 мм толщиной0. На-
пример, предел прочности стали 40Х9С2 ГОСТ 5632-72 при закалке 1050 гр.
(масло) и отпуске 300 гр. (воздух) превышает 2150 МПа (δ = 25 %). Эта сталь
может поставляться в виде проволоки ГОСТ 18143-72 (диаметр до 6 мм), из
которой можно изготовлять штифтовые ИЭ.
Молотки работают при скоростях от 45 до 120 м/с и подвергаются
большим динамическим нагрузкам. Геометрические параметры молотков по-
казаны на рисунке 1.31. Для молотков допускается радиус затупления до 2
мм, а дисбаланс – не более 5 гр. Молотки изготовляются из полосовой или
ленточной сталей с повышенной ударной вязкостью (таблица 5.8). В зерно-

202
вых дробилках применяют молотки толщиной до 4 мм из стали 65Г или
30ХГСА с закалкой до 880 0
С с последующим отпуском до 225 0
С до твердо-
сти 390 – 475 НВ. Следует отметить, что для изготовления молотков исполь-
зуются чугуны ГОСТ 7293-85 (например, чугун ВЧ100 имеет параметры: σв =
1000 МПа; σт= 700 МПа; НВ 250). Диски и оси молотковых дробилок могут
быть изготовлены из обычных конструкционных сталей. Молотки обязатель-
но изготовляются из легированных, термически обработанных, вязких и из-
носостойких сталей. Ось молотков рассчитывается как многопролетная бал-
ка, нагруженная сосредоточенными силами между опорами. Число опор
принимается на единицу больше числа дисков. При конструировании молот-
ковых РО стремятся назначать жесткие допуски на посадочные отверстия
дисков на валу и молотков на оси. Молотки уравновешиваются на удар, т.е.
не передают реакции ударов рабочей части молотков об измельчаемый мате-
риал на оси подвеса. При расчетах дисков РО необходимо учитывать их ос-
лабление за счет отверстий под оси молотков и ножей.
Штифтовые ИЭ применяются в дезинтеграторах (рисунок 1.34).
Штифты выполняются цилиндрическими или коническими. В дисковых из-
мельчителях каждый ряд штифтов, установленный на дисках, проходит при
своем вращении между двумя рядами штифтов, закрепленных на крышке РО.
В дезинтеграторах диски с штифтами вращаются в разные стороны. Нагрузки
носят ударный характер. Такие РО нагружаются значительными центробеж-
ными силами. Штифты изготовляются из инструментальных легированных
сталей ГОСТ 5950-2000 из круга горячекатанного, ГОСТ 2590-88, или калиб-
рованного хплоднокатанного, ГОСТ 7417-75 (минимальный диаметр - 5 мм).
Имеет место конструирование штифтов из пружинных сталей ГОСТ 14959-
79, из проволоки пружинной легированной, ГОСТ 14963-78 (максимальный
диаметр - 14 мм). Штифты подвергаются термообработке аналогично молот-
кам. Для изготовления штифтов можно использовать кованую и состаренную
сталь H12M10K12ТЮ, обладающую максимальными прочностными свойст-
вами (σв = 2940МПа; σт = 2890МПа).
5.6.5 Подшипники
Подшипниковые опоры качения конструируются на основе стандарт-
ных элементов (таблица 4.2, позиция 2.1). Подшипниковые опоры скольже-
ния (таблица 4.2, позиция 2.2) изготовляются из антифрикционных материа-
лов. В лесохозяйственных машинах чаще всего наблюдаются режимы полу-
жидкостного и полусухого трения. В сельскохозяйственном машиностроении
применяют стандартные подшипники, у которых рабочий элемент изготов-
лен заодно с корпусом (ГОСТ 1986-88). Самоустанавливающиеся подшипни-
ки используют при фланцевой установке РО. Подшипники скольжения изго-
товлялись в сельскохозяйственных машинах из антифрикционного чугуна
ГОСТ 1587-68, древесины (ГОСТ 4631-49), металлокерамики и пластмассы.

203
При расчете подшипников и выборе материалов руководствуются па-
раметрами материалов и критериями: f – коэффициент трения в паре с шей-
кой вала из стали цементированной и закаленной до твердости HRC 55 – 60;
[p] – допустимое давление; [v] - допустимое относительное скольжение; [pv]
– допустимое произведение скорости на давление; t – допустимая температу-
ра (таблица 5.9). Подшипник работает тем надежнее, чем выше твердость и
меньше шероховатость шейки вала.
Для изготовления подшипников скольжения используются бронзы
оловянные, ГОСТ 5017-94 (до 30% свинца и до 40% олова) и алюминиевые
для монометаллических конструктивных элементов, свинец ГОСТ 3778-98 и
олово ГОСТ 860-75. В таблице 5.9 приведены основные свойства материалов
для изготовления подшипников. Для повышения долговечности подшипни-
ков в смазочный материал добавляют порошки из мягких оловянных бронз,
содержащие поверхностно активные вещества, для реализации в трущихся
парах эффекта избирательного переноса – образования на поверхности шей-
ки вала пленки из частиц медного сплава. Такой эффект наблюдается в паре
медный сплав – сталь (f = 0,008). В лесных машинах применяются также ан-
тифрикционные чугуны, которые обладают комплексом свойств (износо-
стойкость, прирабатываемость и др.), которые превосходят соответствующие
свойства бронз. Имеются конструктивные решения выполнения подшипни-
ков из серого чугуна с пластическим графитом и высокопрочного чугуна с
шаровидным графитом, а также из ковкого чугуна.
Высшими механическими характеристиками для материалов под-
шипников обладают порошковые материалы на основе железа, меди и алю-
миния, пропитанные графитом (железографиты, бронзографиты и алюмино-
графиты). В таких подшипниках в качестве наполнителей применяют нитрид
бора, карбид вольфрама, фторопласт и др. Подшипники из прессованной и
пропитанной маслом древесины используются при небольших скоростях (до
1 м/с), которые хорошо демпфируют вибрацию, имеют коэффициент трения
0,08 – 0, 1, допускаемое давление 3 МПа, допустимое произведение давления
на скорость – 2,5 МПа⋅м/с, нагрев - до 50 0
С.
Таблица 5.9 – Характеристики некоторых материалов
для конструирования для подшипников
Материал и марка НВ [p], МПа [v], м/с [pv],
МПа⋅⋅⋅⋅м/с
f t, 0
С
БрО4Ц4С17 60 10 4 12 0,008 –
0,018
До
200
БрО5Ц5С5 60 8 3 12 0,008 –
0,018
До
200
БрАЖ9-4 110 –
160
15 5 12 0,012 –
0,04
До
250

204
Материал и марка НВ [p], МПа [v], м/с [pv],
МПа⋅⋅⋅⋅м/с
f t, 0
С
БрС30 25 25 12 30 0,01 –
0,06
До
250
Чугун АЧС-5 167 –
290
5 5 12 0,01 –
0,06
Чугун АЧВ-1 167 –
290
1,5 10 12 0,01 –
0,06
Чугун АЧК-1 167 –
290
20 2 20 0,01 –
0,06
Бронзографиты и же-
лезографиты
1,2 – 18 0,1 – 4 1,8 – 4,8 0,04 –
0,09
Алюминографиты 1,1 - 12 0,1 - 2 0,005 –
0.008
Древесина пресованная 3 До 1 2,5 0,08 – 0,1 80
Древесина, пропитан-
ная маслом
2,5 До 1 1,2 0,02 –
0,08
50
Капролон В 180 –
250
0,08 0,35
без смаз-
ки
100
Фенол С2 220 250
Полиацетали 12 - 20 0,025 – 0,5 0,12 – 0,2 До
-30
Фторопласт Ф4К15М5 1,5 - 7 5 0,5 0,05 250
Тектолиты без смазки 5 1 0,2 – 0,3 80
Текстолиты со смазкой 10 2 0,05 – 0,1 250
АМАН (на основе эпок-
сидных смол)
6 – 35 4 –5 0,4 – 1 0,12 До
300
Ситал (керамика) 1 5 1,55 540
С-8 (керамика) 2 2,5 – 4 2,6 700
В последние годы в лесном машиностроении стали широко приме-
няться подшипники на основе пластмасс: термопласты и реактопласты. Из
термопластов изготовляют подшипники литьем под давлением, с последую-
щей механической обработкой. Подшипники из термопластов часто исполь-
зуют без смазывания, в агрессивной среде, в вакууме и при различных тем-
пературах. Подшипники из капролона В (таблица 5.9) могут работать без
смазки. Подшипники на основе полиамидов не рекомендуется применять в
кислотах и в воде. В них в качестве наполнителей используются графит и
нитрид бора (f = 0,0077 – 0,09; t < 280 0
C). На основе фторопластов изготов-
ляют комбинированные подшипники, включающие стальную втулку, на ко-
торой нанесен слой высокооловянной бронзы, поры которой заполнены сме-
сью фторопласта-4 с диосульфидом молибдена, и слой меди. Диаметр
подшипника - 8 – 88 мм, ширина - 8 – 75 мм, рекомендуемый зазор - 30 – 45
мкм. Такой подшипник хорошо работает без смазывания в диапазоне темпе-
ратур от – 200 до + 300 0
С.

205
В лесных машинах широко применяются подшипники на основе са-
мосмазывающихся антифрикционных материалов с добавками в виде твер-
дых смазочных материалов и армированные металлическими сетками тканя-
ми или пористыми основаниями. Такие подшипники выдерживают большие
нагрузки. Наиболее известны АТМ-2 ([p] = 4 МПа; [v] = 0,27 м/с f = 0,15) и
Тесан-6 ([p] = 0,2 МПа; [v] = 2 м/с f = 0,06). Линейная интенсивность изна-
шивания таких подшипников находится в пределах от 0,10⋅10-8
до 0,7⋅10-8
.
Для смазки подшипников назначается смазка пластичная с диапазо-
ном рабочих температур от –60 до 90 0
С: 1-13 ТУ 38.401-58-142-95; Атланта
ТУ 38.1011048-98; ВНИИ НП 207 ГОСТ 19774-74; ОКБ-122-7 ГОСТ 18179-
72; Свинцоль-01 ТУ 38101577-76. Для подшипников, работающих при высо-
ких температурах, применяется смазка ВНИИ НП-213 ТУ 38.101187-80. Для
высокооборотистых РО назначается смазка, закладываемая в подшипник на
весь срок эксплуатации, ЦИАТИМ–221 ГОСТ 9433-80 и Литол-24 ГОСТ
21150-87. Для РО, предназначенных для измельчения растительных материа-
лов с большим выделением сока, может быть рекомендована морская гигро-
скопичная смазка ГОСТ 2712-75.
5.6.6. Виброизоляторы
Вибрация в РО приводит к возникновению в материале знакопере-
менных напряжений и относительному смещению сопрягаемых поверхно-
стей, что может приводить к отказам. Для РО кормоуборочных машин, дро-
билок эксцентриситет ограничивается нормативами. Так как энергия вибра-
ции возрастает пропорционально скорости вращения, то к быстроходным РО
предъявляются более жесткие требования. РО лесохозяйственных машин по
допускам на смещение центра масс можно отнести к грубым механизмам.
При измельчении РО предмета труда с неравномерно распределенными ме-
ханическими характеристиками устранить неуравновешенность балансиров-
кой невозможно. Виброактивность РО можно снизить применением специ-
альных подшипников и упругих, демпфирующих или изолирующих опор
(таблица 4.2, позиция 2.6). Виброизоляторы из термоморозостойкой резино-
вой смеси ТУ 38-1051082-76 (поставляется в виде пластин ГОСТ 7338-90 с
максимальной толщиной до 20 мм), войлока, пробки, пенополиуретана ОСТ
6-06-407-75 (поставляется в виде листов ППУ 40 ТУ 6-05-324-72) устанавли-
ваются между опорами и рамой машины. Имеют место упругие прокладки и
подушки из прессованной пробки, пенькового волокна и пластмассы. Такие
виброизоляторы обладают достаточной прочностью и стойкостью против
воздействия смазочных материалов. Трехслойные виброизоляторы изготов-
ляют из двух стальных полос или колец, соединенных слоем вулканизиро-
ванной резины. Одна полоса прикрепляется к опоре РО, а другая – к раме
машины.

206
5.7 Повышение износостойкости
Износостойкость РО является наиболее значимым фактором (после
прочности) при выборе материалов для измельчающих элементов.
Понятие износостойкости неразрывно связано с твердостью и моду-
лем упругости материалов. Теоретически наибольшей износостойкостью об-
ладают сверхтвердые материалы (свыше 50 ГПА), к которым относятся ку-
бические модификации углерода и нитрида бора (ρ = 3,5 г/см3
; Е = 9,7⋅105
МПа; теплостойкость - 1200 0
С; микротвердость - 60 ГПА). Высокой твердо-
стью и износостойкостью обладают металлоподобные карбиды переходных
металлов, например, карбид титана с кубической кристаллической решеткой
(ρ = 4,94 г/см3
; Е = 4,94⋅105
МПа; микротвердость - 29 ГПА). Высоким со-
противлением абразивному изнашиванию обладают металлоподобные нит-
риды переходных металлов (TiN; ZrN; HfN), бориды (TiB2; ZrB2; HfB2), си-
лициды (TiSi2; ZrSi2; HfSi2 и др.). Нитриды используют в качестве покрытий
на тугоплавких металлах и наплавах на сталях и чугунах. Оксид алюминия (ρ
= 3,95 г/см3
; Е = 3,5⋅105
МПа; твердость - HRA 90) в виде корунда в сово-
купности с модификатором (оксид магния) применяют в абразивном инстру-
менте при работе на песчаных почвах в условиях повышенной коррозии.
Упрочнение стали 45 тугоплавким соединением TiB2 повышает ее износо-
стойкость в 8 раз, а соединения TiC, соответственно, в 5 раз. Износостой-
кость стали 3, упрочненной карбидом титана (TiC) повышается почти в 10
раз по сравнению с исходным состоянием. Борирование повышает абразив-
ную стойкость (при давлении 1 МПА и скорсти 30 м/с) углеродистых сталей
в 1,8 - 6,7 раз, хромирование – в 4,5 – 5,6 раза, хромосилицирование – в 5,2 –
6,7 раза. Плазменное нанесение покрытия типа стеллит № 11 позволяет по-
высить износостойкость низкоуглеродистых сталей в 13 раз, а покрытия типа
колмоной – в 25 раз.
Вышеуказанные покрытия не только повышают износостойкость ра-
бочих органов, но повышают механические характеристики материала. На-
пример, долговечность по критерию сопротивления усталости при плазмен-
ном напылении с подслоем повышается (хромовое по подслою меди и никеля
– твердое и молочное). Невысокую стоимость имеет металлокерамика на ос-
нове оксидов алюминия (корунд, твердость 18000 – 24000 МПа), обладающая
высокой химической стойкостью. За рубежом из алюмокерамики изготовля-
ют быстроизнашиваемые рабочие органы почвообрабатывающих машин. Та-
кие детали имеют износостойкость в 6 раз большую, чем стальные. К пер-
спективным материалам, обладающим не только высокой износостойкостью,
но и повышенной ударной прочностью, относятся сиалон, получаемый на ос-
нове нитридов кремния и оксидов алюминия.
Особую группу износостойких материалов представляют твердые
сплавы. В зависимости от состава они характеризуются твердостью HRA 82 –
91 и износостойкостью 0,2 – 10 км/мм при изнашивании об абразивную

207
прослойку из электрокорунда. Эти материалы производят в виде электродов,
проволоки и порошков. Износостойкие материалы применяют в наплавках
(слоях от одного до десятков мкм). Например, используют высокомарганце-
вую сталь 110Г13Л, эксплуатируемую при ударных нагрузках. В качестве
инструментального материала часто применяют вольфрамовые, титано-
вольфрамовые и титанотанталовольфрамовые твердые сплавы. Вольфрамо-
вые твердые сплавы имеют: Е = 520 ГПА, HRA 91; σи = 1700 МПА; красно-
стойкость - 800 – 850 0
С. Вышеуказанные твердые сплавы применяются в
машиностроении.
Промышленность выпускает твердые сплавы в виде пластинок раз-
личной формы: трехгранные, квадратные, ромбические, круглые, пяти- и
шестигранные. Пластины имеют отверстия для закрепления их на измель-
чающих элементах. Примеры механического закрепления пластин на рабо-
чих органах кормоуборочных машин показаны на рисунке 1.25. Применяется
также способ установки твердосплавных вставок и лезвий на потайных за-
клепках и приваркой. Материалы на основе нитридов бора по твердости
близки к алмазу (теплостойкость 1300 –1400 0
С). Из них промышленность
выпускает пластины различной формы (размером 4 – 10 мм в поперечнике и
4 – 7 мм по высоте). Анализ литературных источников показывает, что в лес-
ных машинах указанные материалы используются весьма ограниченно (ра-
бочие органы зарубежных рубительных машин и лесохозяйственных муль-
чирователей).
Наибольшее распространение в РО лесных машин получили двух-
слойные лезвия с твердосплавным покрытием. Для повышения износостой-
кости ножей почвообрабатывающих машин на рабочую поверхность наносят
износостойкие покрытия: карбиды или нитриты титана. Слой 5 – 7 мкм уве-
личивает срок службы в 3 – 4 раза. Износостойкие покрытия наносят на из-
мельчающие элементы конденсацией вещества из плазменной фазы в усло-
виях ионной бомбардировки или электронно-лучевым плазменным осажде-
нием. Такой способ применяется также при ремонте машин. Применяется
способ нанесения покрытий методом окунания. Способ использования двух-
слойного материала с различной степенью износа обеспечивает при эксплуа-
тации лучшую форму лезвия (самозатачивание). При износе форма лезвия
(радиус затупления) остается стабильной. Вышеуказанные мероприятия не
только повышают износостойкость, но и увеличивают прочность и жесткость
ИЭ.
В сельскохозяйственном машиностроении применяется трехслойная
лемешная сталь (ГОСТ 6765-53), которая имеет слои с разной твердостью
(толщина слоев: 5, 6 и 7 мм). Средний слой имеет минимальную твердость.
Поставляется в листах или в виде карт. Известен способ изготовления ножей
роторных РО уборочных сельскохозяйственных машин (Сасаока Миёси. Ро-
торный нож для уборочных машин. Заявка 60-245726, Япония. Опубл.
5.12.85. МКИ С21 D9/13), который заключается в том, что режущая кромка

208
ножа и противоположная зона закаливаются до твердости HRC 60, а средин-
ная часть лезвия закаливается до твердости HRC 45. Такой способ обеспечи-
вает более интенсивный износ средней части лезвия и сохранение угла заточ-
ки.
Ранее в сельскохозяйственном машиностроении использовались
сплавы: сталинит, сормайт №1 и №2, кремнистые и марганцовистые электро-
ды (ГОСТ 2246-43). Покрытия на их основе обеспечивали износостойкость
при истирании на карборундовом круге в пределах от 1,5 до 15 мг/мм2
(за
один и тот же промежуток времени). Для деталей, подверженных воздейст-
вию динамических нагрузок, использовался сормайт №2 в виде электродов
со специальной обмазкой. В настоящее время наиболее дешевым и распро-
страненным способом повышения износостойкости РО является нанесение
на рабочие поверхности износостойких покрытий. В сельскохозяйственном
машиностроении применяются относительно недорогие сплавы на основе
высоколегированных чугунов ПС-С27, ПГ-УС25, ПГ-ФБХ-6-2, ПР-ФМИ,
ПС-14-60, литой карбид вольфрама, самофлюсующиеся сплавы ПР-
Н67Х18С5Р4 и другие (таблица 5.10). Соотношение толщины лезвия и тол-
щины сплава обычно составляет 1:1,2. Вибродуговую наплавку лезвий в сре-
де защитных газов производят на полуавтоматах. Применяется также индук-
ционные методы наплавки. Наплавка ТВЧ используется для нанесения по-
крытий небольшой толщины (1,6 – 1,8 мм).
Таблица 5.10 – Износостойкие порошковые сплавы,
применяемые для повышения износостойкости РО
Химический состав, %Марка
Уг-
лерод
Хром Ни-
кель
Крем-
ний
Мар-
ганец
Бор Вольф-
рам
Же-
лезо
Другие
элемен-
ты
Твер-
дость
ПГ-С27 3,9 26 1,7 1,5 1,1 - 0,3 Молиб-
ден
0,1
55,5
ПГ-УС25 4,9 38 1,4 2,1 2,5 - - - 56,5
ПГ-ФБХ-
62
4,5 34 - 1,7 2,7 1,7 - 58
ПР-ФМИ 3,5 - - 2,5 12 3 - - 56
ПС—14-
60
4,8 35,7 1,3 2,5 0,7 0,2 -
Ос-
таль
ное Медь
0,8
57
Рэлит «3» 3,8 - - - - - 96,1 0,15 - -
ПГ-10Н-
01
0,8 16,5 4,3 - 3,5 - 5 - 60
ПГ-СР4 0,8 16,5 3,7 - 3,3 - - - 60
ПР-
Н67Х18С
5Р4
1,2 17,5
Ос-
таль
ное 4,5 - 4,3 - - - 62

209
Порошки марок ПГ-10Н-01 и ПГ-10К-01 используются газовой ме-
таллизации ИЭ, работающих при ударных нагрузках, а ПГ-19М-01 назна-
чают для деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания. Ис-
пользуют установки Л-5405Л; 011-1-01(ОКС-5522) и др. Порошки на желез-
ной основе применяют при плазменном напылении.
5.8 Защита от коррозии
Особенности лесных машин, которые функционируют исключитель-
но в окружающей среде, предъявляют повышенные требования защиты от
коррозии как мероприятий по облегчению конструкций. В настоящее время
невозможно полностью предотвратить коррозию. При расчетах конструкции
следует учитывать скорость коррозии. На коррозию оказывают влияние сле-
дующие факторы: 1. Свойства самого материала (нержавеющие, слабо ржа-
веющие и ржавеющие материалы); 2. Влияние окружающей среды и свойств
предмета труда [вода, загрязнение воздуха (особенно SO2 и хлориды), сол-
нечное и космическое излучение, температура, климатическая зона, место
установки, реакция материала РО с предметом труда (особенно с почвой,
растительными материалами, топливом, удобрениями и средствами зашиты
растений)]; 3. Влияние противокоррозионных мероприятий. Коррозия снижа-
ет прочность материала, увеличивает концентрацию напряжений, уменьшает
износостойкость и долговечность. На степень коррозии влияет соединение
деталей из разнородного материала, переменное деформирование соедине-
ний, микротрещины, скольжение элементов (реверсивное) относительно друг
друга. Нагрев конструкции замедляет коррозию.
Все противокоррозионные мероприятия можно выполнить следую-
щими мерами:
- выбором соответствующих конструкционных материалов [напри-
мер, в условиях работы лесных машин высокой коррозионной стойкостью
обладают легированные стали 30ХГСА, 30ХГСНА (ГОСТ 4543-71) , ЭИ-643,
СН-2 (применяется в авиации), титановые сплавы ВТ1, ВТ6, ВТ5 (ГОСТ
1907-91)]. Алюминиевые сплавы Д-16Т, Д19, Д20 (ГОСТ 4784-97) и магние-
вые МА2, МА8 (ГОСТ 14957-76) обладают невысокой стойкостью против
коррозии. Сплавы АЛ9, АЛ19 (ГОСТ 1583-93), АК6 (ГОСТ 4784-97) и МЛ4,
МЛ5-Т4 (ГОСТ 2856-78) обладают низкой стойкостью. Полимеры (полиэти-
лен, полистирол, поливинилхлорид, тефлон и др.) обладают высокой стойко-
стью против коррозии;
- созданием надежных герметичных соединений и уплотнений, за-
щищающих конструкцию от воздействия окружающей среды, предмета тру-
да и других материалов;
- созданием защитных поверхностных покрытий на элементах конст-
рукций (металлические, окисные, лакокрасочные и масляные, консервацион-
ные). В настоящее время при изготовлении и ремонте лесных машин с целью

210
защиты от коррозии применяются свыше 15 видов покрытий;
- насыщением коррозионной рабочей среды жидкими ингибиторами
(замедлителями коррозии);
- созданием и поддержанием определенного состава рабочей среды
(очистка и фильтрация смазывающего материала, рабочих жидкостей и во-
ды, поддержанием низкой относительной влажности воздуха и его очистка,
обеспечением работы в инертной среде и т.д.).
Мероприятия по защите от коррозии разрабатывают на стадии про-
ектирования, изготовления, эксплуатации и при утилизации изделия. Основ-
ной целью конструирования является с помощью конструктивных приемов и
способов ограничение условий возникновения коррозии и снижение затрат
на защиту от нее. В ходе эксплуатации лесных машин коррозию предотвра-
щают с помощью защитных мероприятий, объем которых должен быть эко-
номически обоснованным. При конструировании лесных машин конструктор
должен ограничивать число источников коррозии заданием соответствую-
щей формы детали, облегчая процесс нанесения защитных покрытий. Оста-
новимся на конструктивных мероприятиях защиты от коррозии.
1.Защищаемые поверхности должны быть доступны и хорошо видны.
2. Беспрепятственное удаление веществ, вызывающих коррозию: уст-
ранение стыков, зазоров и карманов; использование закрытых профилей (от-
крытые профили следует располагать так, чтобы в них не образовывались аг-
рессивные отложения); достаточное удаление друг от друга стыкуемых про-
филей (чтобы проходил инструмент для очистки); выполнение постоянных
отверстий для удаления жидкостей и конденсата из углублений и профилей;
устранение больших по площади горизонтальных поверхностей путем изго-
товления на них стоков, ребер или выполнение поверхностей наклонными.
3. Клееные и сварные швы следует предпочитать другим типам со-
единений. Предпочтительны сквозные (чем прерывистые) швы для устране-
ния щелевой коррозии. При точечной сварке листы следует накладывать
внахлестку, с устранением проникновения между ними агрессивных веществ.
4. Следует избегать острых кромок. Профили следует задавать гну-
тые, у которых заданы радиусы скругления. Все острые кромки следует
скруглять (радиус > 3 мм) или притуплять.
5. Необходимо предотвращать контакт материалов, имеющих разный
потенциал, или изолировать их друг от друга. Труднодоступные места кон-
струкции следует обеспечить защитой от коррозии на длительный срок.
6. Стационарные машины, работающие на открытом воздухе, на ле-
сосеке или в помещениях лесных складов, следует устанавливать на сухом,
легко очищаемом основании и исключать контакт с почвой. Для очистки ра-
бочих органов и внутренних полостей следует устанавливать люки, а машина
должна комплектоваться специальным инструментом для очистки.
7. Для машин следует конструировать крепежные элементы, чтобы
предотвратить повреждения защитных покрытий при сборке, погрузке,

211
транспортировке, агрегатировании, выполнении технического обслуживания
и ремонта. Необходимо разрабатывать устройства для защиты конструкции
при взаимодействии машины с деревьями, пнями, подростом, почвой. Конст-
рукция машины должна быть такой, чтобы непрофессиональная эксплуата-
ция не приводила к повреждениям.
8. Для емкостных конструкций (картеры, баки, и т.д.) следует разра-
батывать устройства для устранения в них разряжения (возникает при изме-
нении температуры), которое способствует засасыванию в емкости влаги.
9. При конструировании изделия следует разрабатывать противокор-
розионные мероприятия, рассчитанные на активную защиту от коррозии, и
учитывать требования технологии изготовления и нанесения защитных по-
крытий.
При конструировании РО покрытия назначают в зависимости от ус-
ловий эксплуатации (легкие, средние, жесткие, особо жесткие) и марки по-
крываемого материала. Для РО, изготовленных из нержавеющих сталей, при
легких и средних условиях эксплуатации покрытия не рекомендуются. Для
жестких и особо жестких условий назначаются никелевые электролитические
покрытия (Н18, Н21, Н24, Н30, Н36), которые позволяют работать при тем-
пературах до 650 0
С (микротвердость поверхности 2000 – 4000 Нмм2
). Для
особо жестких условий назначают хромоникелевые покрытия РХ (микро-
твердость 4500 – 11000 Н/мм2
). Для защиты от коррозии с одновременной
декоративной отделкой используют фосфатные покрытия (Хим. фос.; Хим.
Окс.фосф, лкп и др.). относительно дешевым является покрытия на основе
олова и висмута (О-Ви), которые применяются для защиты от коррозии пру-
жинных сталей. Для защиты сталей от коррозии при средних условиях экс-
плуатации часто применяют покрытия алюминиевые металлизированные
(Мет. А) и медные (Мет. М). Никелевые покрытия из легированного никеля
(Ni-Cr, 30 – 50 % хрома) применяют в химическом машиностроении. Для чу-
гунных деталей применяют цинковые (Мет. Ц), алюминиевые (Мет. А) и
медные (Мет. М) покрытия.
Для защиты от коррозии используются и лакокрасочные покрытия
(Приложение И ). Наибольшее распространение получили алкидные (ПФ и
ГФ), эмалевые покрытия, которые устойчивы к периодическому воздействию
воды, масел и бензина и обладающие большой гаммой цветов. Для изделий,
постоянно контактирующих с водой, маслами и бензинами, назначают поли-
винилацетатные покрытия (ВЛ), а суспензию Ф-2МСД ТУ 6-05-041-645-77
используют для покрытия деталей, постоянно работающих в агрессивной
среде. Для временного покрытия на период хранения или транспортировки
используют покрытия битумные (БТ-117 ГОСТ 5631-79).

212
Библиографический указатель
1. Лурье А.Б., Громбчевский А.А. Расчет и конструирование сельскохо-
зяйственных машин. – Л.: Машиностроение, 1977. – 528 с.
2. Ясенецкий В.А., Гончаренко П.В. Машины для измельчения кормов.
– Киев: Технiка, 1990. – 166 с.
3. Резник Н.Е. Кормоуборочные комбайны. – М.: Машиностроение, 1980.
– 375 с.
4. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппа-
ратов. – М.: Машиностроение, 1975. – 310 с.
5. Габуния Н.А и др. Исследование энергозатрат роторного измельчителя
чайных веток. – Тракторы и сельхозмашины, 1982, № 7. – с. 12 –13
6. Карпенко М.И., Поединок В.Е. Энергоемкость процесса резания сте-
бельчатых материалов. – Тракторы и сельхозмашины, 1982, № 6. –
С. 28 – 29
7. Цымерман М.З. Рабочие органы почвообрабатывающих машин. – М.:
Машиностроение, 1978. – 295 с.
8. Яцук Е.П. и др. Ротационные почвообрабатывающие машины. – М.;
9. Резников Л.А. и др. Основы проектирования и расчета сельскохозяй-
ственных машин: Учебник. – М: Агропромиздат, 1999. – 542 с.
10. Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих
машин. – М.: Машиностроение, 1977. – 328 с.
11. Новая техника для агропромышленного комплекса: Каталог. – М.:
Информагротех, 1994. – 316 с.
12. Зотов В.А. и др. Механизация зеленого хозяйства: Справочник. – М.:
Стройиздат, 1985. – 440 с.
13. Албяков М.П. и др. Справочник механизатора лесного хозяйства. –
М.: Лесная промышленность, 1977. – 296 с.
14. Голоулин А.В. Новые машины для механизации овощеводства в за-
щищенном грунте. – М.: Высшая школа, 1979. – 103 с.
15. Справочник – Строительные машины. /Под. ред. В.А. Баумана и Ф.А..
Лапара. – Т. 1. – М.: Машиностроение, 1976. – 502 с.
16. Тищенко А.И., Жилицкий Я.З. Справочник механизатора – садовода.
– М.: Колос, 1972. – 248 с.
17. Камаристов В.Е.. Дунай Н.Ф. Сельскохозяйственные машины. – М.:
Колос, 1971. – 506 с.
18. Сакун В.А. Закономерности развития мобильной сельскохозяйствен-
ной техники. – М.: Колос, 1994. – 159 с.
19. Мелиоративные машины. /Под. ред. И.И. Мер. – М.: Колос, 1980. –
350 с.
20. Брагинский М.В. Механизация садово-паркового хозяйства. – Л.: Ко-
лос, 1984. – 272 с.
21. Корниенко П.П. и др. Механизация обработки почв под лесные куль-
туры. – М.: Агропромиздат, 1987. – 247 с.

213
22. Гаркави Н.Г. Машины для земляных работ. – М.: Высшая школа,
1982. – 251 с.
23. Чернега А.И. Механизация работ в зеленом строительстве. – Киев:
Будiвельник, 1972. – 176 с.
24. Шапошников А.П. и др. Технология создания и содержания зеленых
насаждений. Учебное пособие. – Новочеркаск, 1984. – 102 с.
25. Пронин А.Ф., Модестова Т.А. Практикум по лесохозяйственным и
мелиоративным машинам. Учебное пособие – М.: Высшая школа,
1984. – 272 с.
26. Якимук П.Г. и др. Справочник механика по мелиоративным машинам.
– М.: Колос, 1977. – 368 с.
27. Гуряков М.В., Поляков Н.Н. Малогабаритная сельскохозяйственная
техника. - М.: Машиностроение, 1994. – 96 с.
28. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственная техника и мелиора-
тивные машины. – М.: Колос, 1994. – 751 с.
29. Воронов Ю.И. и др. Сельскохозяйственные машины. – М.: Колос,
1972. – 479 с.
30. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих
ферм. – Л.: Колос, 1978. – 560 с.
31. Мянд А.Э. Кормоприготовительные машины и агрегаты. – М.: Маши-
ностроение, 1970. - 256 с.
32. Сергеев М.П. Производство витаминной муки. – М.: Лесная промыш-
ленность, 1983. – 40 с.
33. Левин Э.А.. Репях С.М. Переработка древесной зелени. – М.: Лесная
промышленность, 1984. – 120 с.
34. Кевиньш Ю.Ю. Механизмы для заготовки древесной зелени. Ком-
плексная механизация рубок ухода. – Рига : Зинатне, 1979. – С. 176 –
186
35. Томчук Р.И.. Томчук Г.Н. Древесная зелень и ее использование в на-
родном хозяйстве. – М.: Лесная промышленность, 1973. – 360 с.
36. Залегаллер Б.Г., Ласточкин П.В. Механизация работ на лесных скла-
дах. – М.: Лесная промышленность, 1973. – 408 с.
37. Паничев Г.П., Китайкин Л.М. Производство технологической щепы
на специализированных линиях, Обзорная информация. – М.: ВНИИ-
ПОМлеспром, 1986. – 52 с.
38. Эрдогян Ф. И др. Вычислительные методы в механике разрушения
(Пер. с англ.). – М.: Мир, 1990. – 391 с.
39. Машины и оборудование для АПК в регионах России: Каталог. –
М.: Информагротех, 1997. - Т. 1. – 316 с.
40. Машины и оборудование для АПК в регионах России: Каталог. –
М.: Информагротех, 1998. - Т. 2. – 283 с.
41. Эрнст Л.К., Науменко З.М., Ладинская С.М. Кормовые продукты из
отходов леса. – М.: Лесная промышленность, 1982. – 168 с.
42. Келлер Н.А. Машины и инвентарь для фермерских и приусадебных
хозяйств. Справочник. – М.: Колос, 1994. – 303 с.

214
43. Зотов В.А. Машины для городских озеленительных хозяйств. – М. :
44. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. М.: Агро-
промиздат, 1985. – 336 с.
45. Резник Н.Е. Кормоуборочные комбайны. - М.: Машиностроение, 1980.
– 378 с.
46. Рыжов С.В. Механизация переработки соломы на корм. – М.: Колос,
1983. – 239 с.
47. Кулаковский И.В., Кирпичников Ф.С., Резник Н.Е. Машины и обо-
рудование для приготовления кормов. – М.: Россельхозиздат, 1987. –
286 с.
48. Горячкин В.П. Собрание сочинений в 3-х томах. – М.: Колос, 1968. –
Т.3 – 384 с.
49. Коршун В.Н. Исследование отклонения шарнирно прикрепленных
ножей устройства измельчения листьев. – В сб.: Машины и орудия
для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства, Вып. 11. – Л.:
ЛТА, 1982. – с. 61 - 64
50. Сыроватко В.И. и др. Механизация приготовления кормов: Справоч-
ник. – М.: Агропромиздат, 1985. – 367 с.
51. Митяшин Ю.И. и др. Расчет и проектирование ротационных почво-
обрабатывающих машин. – М.: Агропромиздат, 1988. – 172 с.
52. Лещакин А.И. Проектирование ротационных почвообрабатывающих
рабочих органов: Учебное пособие. – Саранск, 1989. – 91 с.
53. Яковлев В.Т. Основы проектирования и расчета почвообрабатываю-
щих машин. Барнаул : АлтГУ, 1994. – 96 с.
54. Дитрих Я. Проектирование и конструирование: Системный подход.
М.: Мир, 1981. – 456 с.
55. Крон Г. Исследование сложных систем по частям (диакоптика) (Пер. с
англ). – М.: Мир, 1972. – 544 с.
56. Хилл П. Наука и искусство проектирования. Методы проектирования,
научное обоснование решений (Пер. с англ.). - М.: Мир. 1973. – 363 с.
57. Рут Р. Обзор методов оптимизации, применяемых при конструирова-
нии машин. Труды ASME. – М.: Мир, 1976. сер. В, № 3. – с. 245 – 252
58. Бунге Г. и др. Конструирование сельскохозяйственных машин (Пер. с
нем.). – М.: Агропромиздат, 1986. – 255 с.
59. Хокс Б. Автоматизированное проектирование и производство (Пер. с
англ.). – М.: Мир, 1991. – 226 с.
60. Коршун В.Н., Гуцелюк Н.А. Постановка задачи оптимального про-
ектирования лесохозяйственных машин. – Известия ВУЗов – Лесной
журнал, 1984. № 5. – с. 25 - 28
61. Полуэктов Р.А. Динамические модели агроэкосистем. – Л.: Гидроме-
тиоиздат, 1991. – 311 с.
62. Франс Дж., Торнли Дж. Математические методы в сельском хозяйст-
ве (Пер. с англ.). – М.: Агропромиздат, 1987. – 339 с.
63. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. – М.: Наука, 1968. –
355 с.

215
64. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. – М.: Наука, 1978. –
282 с.
65. Герасимов Ю.Ю., Сюнев В.С. Лесосечные машины для рубок ухода:
Компьютерная система принятия решений. – Петрозаводск: Изд-во
ПетрГУ, 1998. – 236 с.
66. Герасимов Ю.Ю., Сюнев В.С. Экологическая оптимизация техноло-
гических процессов и машин для лесозаготовок. – Йоэнсуу: Изд-во
унив. Йоэнсуу (Финляндия), 1998. – 178 с.
67. Шимкович Д.Г. Основы оптимального проектирования элементов
конструкций лесных машин. -М.: МЛТИ, 1990. – 68 с.
68. Посметьев В.И. Обоснование перспективных конструкций предохра-
нителей для рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий.
– Воронеж: ВГЛТА, 2000. – 248 с.
69. Джонс Дж. Методы проектирования: Пер с англ. -М.: Мир, 1986.–322 с.
70. Дворянкин А.М. и др. Методы синтеза технических решений. - М:
Наука, 1977. – 104 с.
71. Корячко В.П. и др. Теоретические основы САПР: Учебник для вузов.
– М.: Энергоатомиздат, 1997. – 400 с.
72. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках. М.: Ра-
дио и связь, 1984. – 132 с.
73. Принс М.Д. Машинная графика и автоматизация проектирования. –
М.: Советское радио, 1975. – 230 с.
74. Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные про-
блемы машиноведения. М.: Машиностроение, 1984. – 224 с.
75. Ханзен Ф. Основы общей методики конструирования. – Л: Машино-
строение, 1969. – 164 с.
76. Холл А. Опыт методологии для системотехники. – М.: Советское ра-
дио, 1978. – 448 с.
77. Конструирование машин: Справочно-методическое пособие в 2-х
томах. /Ред. К.В. Фролов и др. – М.: Машиностроение, 1994. – Т. 1. –
528 с. – Т. 2. – 624 с.
78. Конструирование автоматических космических аппаратов: Учеб-
ник для вузов. /Под ред. Н.Ф. Бочарова и Л.Ф. Жеглова. – М.: Маши-
ностроение, 1996. – 448 с.
79. Колесников Л.А. Основы теории системного подхода. – Киев: Нау-
кова думка, 1988. – 171 с.
80. Андреев В.Н., Герасимов Ю.Ю. Повышение качества и надежности
манипуляторного технологического оборудования лесных машин при
проектировании. – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1995. – 151 с.
81. Свиридов Л.Т. Повышение эффективности механизированных про-
цессов обработки семян хвойных пород. – Дисс. д-ра техн. наук - Во-
ронеж, 1992. – 544 с.
82. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении. Л.:
83. Прагер В. Основы теории оптимального проектирования конструк-
ций. – М.: Мир, 1985. – 455 с.

216
84. Верняев О.В. Активные рабочие органы культиваторов. – М.: Маши-
85. Канарев Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия.
– М.: Машиностроение, 1983. – 142 с.
86. Коршун В.Н. Проектирование манипуляторов лесных машин с приме-
нением САПР: Учебное пособие. – Красноярск: КГТА, 1994. – 48 с.
87. Митяшин Ю.Н., Гринчук И.М., Егоров Г.М. Расчет и проектирова-
ние ротационных почвообрабатывающих машин. – М.: Агропромиз-
дат, 1988. – 252 с.
88. Синеоков Г.Н.. Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих
машин. – М.: Машиностроение, 1977. – 355 с.
89. Диденко Н.Ф., Хвостов В.А., Медведев В.П. Машины для уборки
овощей. – М.: Машиностроение, 1984. – 320 с.
90. Петров Г.Д. Картофелеуборочные машины. – М.: Машиностроение,
1984. – 320 с.
91. Хвостов В.А., Ларюшин Н.П. Проектирование овощеуборочных ма-
шин. Теория, конструкция, расчет: Учебное пособие. – Пенза, 1994. –
168 с.
92. Хвостов В.А., Рейнгарт Э.С. Машины для уборки корнеплодов и лука:
Теория. Конструкция. Расчет. – М.: ВИСХОМ, 1995. – 383 с.
93. Варламов Г.П. и др. Научные основы и методика расчета параметров
вибраторов плодоуборочных машин // Методические указания МУ
23.2.41 – 87. Министерство автомобильного и сельскохозяйственного
машиностроения. – 1990. – 100 с.
94. Авдеев А.В. и др. Современные сельскохозяйственные машины и обо-
рудование для растениеводства: Конструкция и основные тенденции
развития. // Матер. Международного салона сельскохозяйственной
техники SIMA-97. – М.: ИНФА-М, 1997. – 176 с.
95. Фирсов М.М. Сельскохозяйственные погрузочно-разгрузочные маши-
ны непрерывного действия. – М.: ИНФА-М, 1996. – 240 с.
96. Месаревич М. Общая теория систем: Математические основы. – М.:
Мир, 1978. – 311 с.
97. Флик Э.П. Механические приводы сельскохозяйственных машин. М.:
98. Колесные и гусеничные машины. Машиностроение. Энциклопедия.
Т. 1У–15 /В.Ф. Платонов – ред. – М.: Машиностроение, 1997. – 668 с.
99. Болотин В.В. Введение в теорию и практику надежности. Конструиро-
вание машин. Справочно-методическое пособие. Т. 2 /Под ред. К.Ф.
Фролова. – М.: Машиностроение, 1992. – с. 521 – 545.
100. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. – М.: Машиностроение,
1990. – 448 с.
101. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем: Пер. с
англ. – М.: МНТК «Надежность машин», 1992. – 120 с.
102. Диллан Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности
систем: Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 318 с.

217
103. Ксеневич И.П., Гуськов В.В. Тракторы. Проектирование, конструиро-
вание, расчет. – М.: Машиностроение, 1991. - 466 с.
104. Машиностроение. Терминология: Справочное пособие. Вып. 2. – М.:
Изд-во стандартов, 1989. – 432 с.
105. Сааякян Д.Н. Система показателей комплексной оценки мобильных
машин. – М.: Агропромиздат. 1988. – 252 с.
106. Чепурной А.И. Современные кормоуборочные комбайны и перспекти-
вы их развития. – М.: ЦНИИТЭИсельхозмаш, 1989. – 242 с.
107. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. – М.: Аг-
ропромиздат, 1985. – 85 с.
108. Кулаковский И.В., Кирпичников Ф.С., Резник Н.Е. Машины и обо-
рудование для приготовления кормов. М.: Агропромиздат, 1987. – 210
с.
109. Механизация приготовления кормов: Справочник. – М.: Промиздат,
1985. – 237 с.
110. Стяжкин В.И., Кутлембетов А.А. Мобильные машины для приготов-
ления и раздачи кормов. Каталог: Ч.1. – М.: Компаньон, 1996. – 69 с.
111. Кукта Г. М. Машины и оборудование для приготовления кормов. – М.:
Агропромиздат, 1987. – 150 с
112. Мельников С.В. Технологическое оборудование животноводческих
ферм и комплексов. – Л.: Агропромиздат, 1985. – 640 с.
113. ГОСТ 12.2.019 – 86. Тракторы и машины самоходные сельскохозяйст-
венные. Общие требования безопасности.
114. ГОСТ 24055 – 88. Методы эксплуатационной оценки. Общие положе-
ния.
115. Методы определения экономической эффективности технологий и
сельскохозяйственной техники /А.В. Шпилько. – М.: Минсельхозпрод
РФ: ВНИИ экономики сельского хозяйства, 1998.
116. ГОСТ 2695 –86, ГОСТ 26953 – 86, ГОСТ 26954 – 86. Техника сель-
скохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на
почву. Метод определения максимального нормального напряжения в
почве.
117. Липов Ю.Н. Научные основы расчета комплексов машин для защи-
щенного грунта. М.: ВИСХОМ, 1991. - 250 с.
118. Панов А.И., Селиванов В.Г. Техника для обработки почвы в теплицах
// Тракторы и сельхозмашины.- 1997. - № 3. - С. 9 – 13.
119. Сысоев Е.С. и др. Оборудование для защищенного грунта для фермера
// Техника в сельском хозяйстве,. - 1995. - № 2. - С. 24 – 26.
120. Теодорадзе О.М., Габуния Н.А. Машины для возделывания и сбора
чая. – Тбилиси: Грузагроуниверситет, 1991. – 158 с.
121. Баранов А.А. Методологические основы создания и освоения произ-
водства зерна и кормоуборочной техники в условиях реформирования
сельскохозяйственного производства России: Автореф. диссерт. д-ра
техн. наук – М.: ОАО ВИСХОМ, 1998. – 40 с.

218
122. Концепция развития системы машиностроения для агропромышлен-
ного комплекса России. – М.: Минсельхозпрод РФ: ОАО ВИСХОМ,
1998. – 22 с.
123. Кельзон И.И. Роторные машины. – М.: Машиностроение, 1978. – 325
с.
124. Биргер И.А., Шор Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей
машин: Справочник. – М.: Машиностроение, 1979. -702 с.
125. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов
пищевых производств. – М.: Машиностроение, 1983. – 447 с.
126. Механика машин: Учебное пособие для втузов/ Под ред. Г.А. Смир-
нова. – М.: Высшая школа, 1996. – 511 с.
127. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа,
1975. – 640 с.
128. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных эле-
ментов. – М.: Машиностроение, 1989. – 520 с.
129. Тракторы. Проектирование, конструирование и расчет/ Под ред. И.П.
Ксеневича. – М.: Машиностроение, 1992. – 544 с.
130. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости.
Общие вопросы конструирования./ Н.Ф. Бочарова и др. – М.: Маши-
131. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости.
Расчет агрегатов и систем/ Н.Ф. Бочарова и др. – М.: Машинострое-
ние, 1994. – 404 с.
132. Коршун В.Н. Роторные рабочие органы почвообрабатывающих ма-
шин: Оптимизация кинематических параметров. – Красноярск: Сиб-
ГТУ, 2001. – 38 с. (Деп. В ВИНИТИ № 1967 – В2001).
133. Верещагин Н.И., Левшин А.Г.. Скороходов А.Н. Организация и тех-
нология механизированных работ в растениеводстве; Учебное посо-
бие. – М.: ИРПО: Акад., 2000. – 414 с.
134. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. – М.:
МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 360 с.
135. Хансен Г., Хансен Д. Базы данных: разработка и управление: Пер. с
англ. /Ред. А.Н. Тихонов. – М.: Бином, 2000. – 704 с.
136. Dogherty M.J. A review of research of forage chopping. / Agr. Eng. Res.,
1982, V. 27, № 4. – p. 267 – 289 (англ.)
137. Lee N.W., Yang D.C. On the Evaluation of Manipulator Workspace //
Trans. ASME J. Mechanism, Transm. Autom. Desing. 1983. 105(5). – p.70
– 77 (англ.).
138. Kawamura N. Robots in Agriculture// Adv., Robotics, № 4б, 1986
139. Hunt D. Farm power and machinery management – 9th
ed. - Ames. (Iowa):
Iowa State Univ. Press, 1995. - V11. - 363 p. (англ.).
140. Mehta C.R. Ride vibration on 7,5 kW rotary power tiller // J. Agr. Eng.
Res. – 1997. – Vol. 66, N 3. – P. 169 – 176 (англ.).
141. Modifying a carter flail forage harvester to stabilize the weighing system //
Argon. J. – 1997. – Vol. 89, N 3. – P. 527 – 529 (англ.).

219
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Основные сортаменты, применяемые для конструирования РО
Наименование Основные типоразме-
ры, мм
Основные группы материалов
Шестигранник ка-
либрованный
ГОСТ 8560-78
8,9,10,11,12,…,46,48,
50,52,55,56,58,60,63,
65,70,75,78,80,
85,88,90,95,98,100,
3,3.2,4,4.5,
5.5,6,6.5,7
Стали качеств. ГОСТ 1050-88
Стали легиров. ГОСТ 4543-71
Стали пружин. ГОСТ 14959-79
Стали жаропрочн. ГОСТ 5632-72
Стали инструмент. ГОСТ 1435-99
Стали инструмент. легиров. ГОСТ
5950-200
Латуни ГОСТ 15527-70
Квадрат горячеката-
ный ГОСТ 2591-88
6,7,8,…,28,30,32,34,
35,36,38,40,42,45,48,
50,53,56,60,63,65,70,
75,80,85,90,93,95,100,
105,110,115,120,125,
130,135,140,145,150,
160,170,180,190,200
Стали электротехн. ГОСТ 11036-75
Стали общего назн. ГОСТ 380-94
5950-200
Стали подшипн. ГОСТ 801-78
Стали для свар. констр. ГОСТ 19282
Меди ГОСТ 859-2001
Круг горячекатаный
ГОСТ 2590-88
5,5.5,6,6.3,6,6,7,8,..,
48,50,52,53,54,55,56,
57,58,59,60,62,63,65,
67,68,70,72,75,78,80,
82,85,87,90,92,95,97,
100,105,…,200,210,
220…,270
5950-200
Сталь арматурная ГОСТ 5781-82
Сплавы аллюмин. деформируемые
ГОСТ 4784-97
Круг калиброванный
холоднокатаный
ГОСТ 7417-75
5,5.5,6,6.3,6,6,7,8,..,
48,50,52,53,54,55,56,
57,58,59,60,62,63,65,
67,68,70,72,75,78,80,
82,85,87,90,92,95,97,
100,105,…,200,210,
220…,250
5950-200
Сталь арматурная ГОСТ 5781-82
Сплавы аллюмин. деформируемые
ГОСТ 4784-97

220
ры, мм
Меди ГОСТ 859-2001
Лист тонкий
х/катаный ГОСТ
19904-90
0.35,0.40,0.45,…,0.8,
0.9,..,1.8,2.2,2.5,2.8,3,3.2,
3.5,3.8,3.9,4,4.2,4.5,4.8,5
Лист тонкий
х/катаный оцинко-
ванный
ГОСТ 19904-90
0.2, 0.22, 0.25,0.28,0.32,
0.36,0.4,0.45,0.5,0.55,0.6,
0.63,0.7,0.8.0.9,1,1.2,1.4,
1.6,1.8,2.2.5
Лист из алюминие-
вых сплавов
ГОСТ 21631-76
0.3,0.4,0.5,0.6,0.7.0.8,0.9,
1,1.1,1.2,1.5,1.8,2.2,2.5,
3,3.5,4,5,6.7.8,9,10
Сплавы алюминиевые деформируемые
ГОСТ 4784-97
Лист из титановых
сплавов
ГОСТ 22178-76
0.2,0.25,0.3,035,0.4,0.45,
0.5,0.6,0.7,0.8,0.9.1,1.2,
1.5,1.8,2.2,2.5,3,3.5,4,5,6,
7,8.9.10
Сплавы титановые ГОСТ 19807-91
Полоса
ГОСТ103-76
10х4,10х5,10х6,10х7,
10х8,10х9,10х10.10х11,
10х12.10х14,10х16,
10х18,…10х45,…,10х50,
10х60
Проволока пружин-
ная холоднотянутая
ГОСТ 9389-75
0.14,0.15,0.16,…, 2,2.2,
2.5,2.8,3,3.2,3.6,4,4.5,
5,5.6,6,6.3,7,8
Стали пружинные ГОСТ 14959-79
Проволока пружин-
ная легированная
ГОСТ 14963-78
0.5,0.8,1,1.2,….,2,5,
2.8,3,3.2,…,5,5.5,6,6.5,7,
7.5,8,8.5,9,9.5.10,11,12,
13,14
Стали пружинные ГОСТ 14959-79
Труба бесшовная
особотонкостенная
ГОСТ 10498-82
36х0.3,40х0.3,42х0.3,
48х0.3,60х0.3
Стали коррозионно-стойкие и жаро-
прочные ГОСТ 5632-72
Труба бесшовная хо-
лоднодеформирован-
ная ГОСТ 9941-81
5х0.2,5х0.3,5х1,6х1,….
14х1,16х2,18х2, 20х2,
20х2.5,…,160х11.219х10
Стали коррозионно-стойкие и жаро-
прочные ГОСТ 5632-72
прямоугольная
ГОСТ 8645-68
20х28х1,20х28х1.5,….
40х20х2,40х25х2.5,….
60х40х2,80х40х2
Стали качественные ГОСТ 1050-88
квадратная
ГОСТ 8639-82
15х15х1.2,…,20х20х1,
25х25х2, …,120х120х10,
140х140х6
Стали качественные ГОСТ 1050-88
Труба круглая бес-
шовная из титановых
сплавов ГОСТ 22897-
86
65х6.5,80х5,102х5 Сплавы титановые ГОСТ 19807-91

221
ры, мм
Швеллер х/гнутый
равнополочный
ГОСТ 8278-83
25х26х2,25х30х2,…,
28х27х2.5,30х25х3,…,
400х95х8,410х65х6
Стали общего назначения ГОСТ 380-94
Швеллер из алюми-
ниевых сплавов
ГОСТ 8617-81
20х30х2,25х25х5,
30х50х4.40х80х4
Сплавы алюминиевые деформируемые
ГОСТ 4784-97
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Характеристики распространенных сталей для сварных конструкций
ГОСТ 19282 (плотность 78500 кг/м3
; модуль продольной
упругости 200000 МПа; модуль поперечной упругости 77000 МПа)
Марка σσσσв,
МПа
σσσσт,
МПа
ψψψψ,
%
δδδδ,
%
НВ Применение
Сталь 09Г2
Отпуск 200 0
С
Отпуск 400 0
С
Отпуск 500 0
С
Отпуск 600 0
С
930
750
690
670
780
620
590
570
40
60
65
65
12
19
21
22
337
325
225
200
Стойки ферм, верхние обвязки
вагонов. хребтовые балки, дву-
тавры, детали вагонов, экскава-
торов, металлоконструкции,
сваривается без ограничений
Сталь 10Г2С2
Листы прокатанные 20 0
С
Листы прокатанные 400 0
С
Нормализация 20 0
С
Нормализация 300 0
С
485
405
520
510
335
185
380
260
75
-
70
60
35
30
26
19
Фланцы, корпуса, детали, рабо-
тающие при температурах -
40…+475 0
С под давлением,
сварные металлоконструкции,
работающие при температуре до
–70 0
С, сваривается без ограни-
чений
Сталь 10ХСНД
Листы в поставке
Нормализация, работа 200
С
С
С
530
540
480
370
390
410
305
285
-
71
70
77
19
36
28
30
Сварные конструкции, детали
ферм, другие детали с повышен-
ными требованиями к прочности
и коррозионной стойкости с
ограничением массы, работаю-
щие при темп. от -70 до +450 0
С
Сталь 14Г2
Закалка, отпуск 200 0
С
Закалка, отпуск 500 0
С
1240
880
1220
810
60
67
20
21
Крупные листовые конструкции,
работающие при температурах
до -70 0
С, сварка под флюсом
Сталь 15ХСНД
Листы в поставке
Нормализация, работа 20 0
С
Закалка 900 0
С, отпуск 200 0
С
Закалка 900 0
С, отпуск 600 0
С
490
620
1450
740
345
370
1220
640
-
-
50
68
21
20
10
20
425
220
Сварные конструкции, детали
ферм, другие детали с повышен-
ными требованиями к прочности
и коррозионной стойкости с
ограничением массы, работаю-
щие при темп. от -70 до +450 0
С

222
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Характеристики титана и титановых сплавов
(ГОСТ 19807-91) (плотность 4500 кг/м3
упругости 11,2⋅10-4
МПа; модуль поперечной упругости 3,9 ⋅10-4
МПа)
Марка σσσσв ,МПа σσσσт, МПа ψψψψ,% δδδδ,% НВ Применение
ВТ1-0 350 270 2
0
50 - Слабонагружен-
ные детали
ВТ14
(отжиг)
900 400 1
2
50 330 Теплостойкие де-
тали (до 400 гр.)
ВТ20
(отжиг)
1000 840 1
0
25 300 Детали жаростой-
кие
ВТ22
(отжиг)
1000 530 1
0
20 285 Детали высоко-
прочные
ВТ5
(отжиг)
900 750 1
2
30 310 Детали сварные
жаростойкие
ВТ6
(закалка)
1200 - 6 20 330 Детали штампос-
варные
ОТ4-1
(закалка,
старение)
850 650 2
0
30 220 Детали тонкостен-
ные сложной фор-
мы
ПТ7М 600 500 2
0
40 - Трубы тонкостен-
ные
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
Основные характеристики пружинных сталей (ГОСТ 14959-79)
Марка σσσσв, МПа σσσσт, МПа ψψψψ,% δδδδ,% НВ Применение
50ХГТА
(закалка)
1300 1200 35 6 - Тяжелонагруженные
пружины
50ХФА
(закалка 870 гр.)
1570 1430 45 6 HRC
44-50
Тяжелонагруженные
пружины
55С2
2030 1860 31 7 HRC
50
Рессоры
55ХГР
1910 1760 38 7 HRC
51
Рессоры полосовые
60Г
1370 1180 10 5 HRC
42-47
Рессоры, барабаны тор-
мозные
63С2А
1560 1370 20 5 - Торсионы
65Г
2200 1790 30 4 HRC
61
Детали повышенной из-
носостойкости
70
1240 - 47 7 315 Детали повышенной из-
носостойкости
85
1540 - 42 5 400 Детали с высокими уп-
ругими и износостойки-
ми свойствами

223
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
Основные характеристики инструментальных и
легированных сталей (ГОСТ 5950-2000)
9Х1
2000 1700 7 3 HRCэ
63
Валки рабочие
9ХС
(отжиг)
790 445 54 26 243 Фрезы, детали повышен-
ной износостойкости
ХВ4Ф
(закалка)
HRCэ
67
Резцы с небольшой ско-
ростью резания
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
Основные характеристики инструментальных
сталей (ГОСТ 1435-99)
У10
(отжиг)
750 - - 10 207 Пилы, топоры
У12
(отжиг)
650 325 50 28 207 Скобы, пилы
У9А
1420 1230 37 10 HRCэ
63
Инструмент слесарный
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж
Основные характеристики магниевых деформируемых сплавов
упругости 45000 МПа)
МА11
(закалка)
270 145 10 - Детали теплостойкие
МА12
(отжиг)
250 150 Детали теплостойкие
МА14
(старение)
330 255 10 60 Детали высоконагружен-
ные
МА15
(отжиг)
310 255 9 60 Сварные конструкции
МА18
(отжиг)
185 150 30 60 60 Детали высокой жестко-
сти
МА19
(отжиг)
390 345 7 80 Сварные конструкции
МА5
(закалка, старение)
315 230 12 55 Элементы силовые

224
ПРИЛОЖЕНИЕ З
Основные характеристики алюминиевых деформируемых сплавов
упругости 71000 МПа; модуль поперечной упругости 27000 МПа)
АД1 150 100 6 60 Алюминий технический
АК6 420 360 11 Штампованные изделия
АМг2 190 80 25 60 Сварные рамы, каркасы,
кронштейны
АМг3 230 120 25 Сварные рамы
АМг6
(полунагартован-
ный)
400 320 10 Сварные рамы, каркасы,
кронштейны
АМц
(нагартованный)
220 180 5 Рамы
В96Ц1
600 530 8 14 Высокопрочные детали
Д1
(закалка)
360 220 12 Корпуса, шасси, крон-
штейны
Д16
штейны
Д19
штейны
ПРИЛОЖЕНИЕ И
Характеристики некоторых лакокрасочных покрытий
Марка Классы по-
крытий
Темпера-
турный
диапазон
Описание Группы
покры-
тий
Цвет
Алкидные (ПФ,ГФ)
Эмаль
ПФ-115
ГОСТ 6465-
76
111, 1У. У,
У1, У11
-60 +150 Глянцевое, механически
устойчивое, средней
твердости
Т2ХЛ,
У1,
ОМ1,
УХЛ1
557. 556,
994, 588,
993, 990,
918, 584,
632, 65,
28, 312,
622
Эмаль
ПФ 19М
ТУ 6-10-
1294-78
111, 1У. У,
У1, У11
-60 + 70 Матовое, механически
прочное, средней твердо-
сти, устойчиво к перио-
дическому воздействию
воды, масел, бензина
Т2, У1,
УТ2
Светло-
серый,
темно-
серый,
черный
Эмаль ПФ
218ТС
ГОСТ
21227-93
111, 1У. У,
У1, У11
-60 + 100 Полуглянцевое, негорю-
чее, устойчиво к перио-
дическому воздействию
воды, масел, бензина, 3
ОМЗ,
У2, В3
Светло-
серый,
слоновая
кость

225
крытий
Темпера-
турный
диапазон
покры-
тий
Цвет
слоя по 15 – 25 мкм
Эмаль
ПФ 241М
ТУ 6-10-
676-78
111, 1У. У,
У1, У11
-60 + 100 Устойчиво к периодиче-
скому воздействию воды,
масел, 2 слоя по 15 – 25
мкм
Т3,У2,
УТЗ
Черный,
матовый
Эмаль
ПФ-837
111, 1У. У,
У1, У11
-60 + 300 Глянцевое, механически
устойчивое, устойчиво к
периодическому воздей-
ствию воды, масел, бен-
зина, 2 слоя по 15 – 25
мкм
Т2, У1,
6/1,
8/300 0
С
Алюми-
ниевый
Формальдегидные (ФЛ, ФА)
Грунтовка
ФЛ-03Ж
ГОСТ 9109-
81
111, 1У. У,
У1, У11
-60 + 60 Полуглянцевое. Прочное У4ХЛ4,
УХЛ4
Желто-
зеленый
Грунтовка
ФЛ-093
ОСТ 6-10-
427-79
1У. У, У1,
У11
-60 + 180 Полуглянцевое, механи-
чески устойчивое, устой-
чиво к периодическому
воздействию воды, ма-
сел, бензина, наносится
электросаждением
Т2, У1,
УТ2, 02
Серый,
черный,
красно-
коричне-
вый
Покрытия на другой основе
Грунтовка
МЧ-042
ГОСТ
109982-75
- -60 + 60 Глянцевое, механически
прочное, наносится так-
же на пластмассы
У1,
ХЛ2,
УХЛ
Белый
Краска
БТ-117
ГОСТ 5631-
79
Устойчиво к длительно-
му воздействию воздуха,
воды и атмосферных
осадков
У1,
ХЛ1,
УХЛ1
Черный
Краска мас-
ляная
МА-514
ТУ 6-10-
1241-77
-60 + 250 Прочное, стойкое к воде,
маслам, грибостойкое
ОМ1,
Т1, У2,
ХЛ2,
УХЛ2
Синий,
белый,
черный
Эмаль
ХС-720
ТУ 6-10-
708-74
111, 1У -60 + 80 Механически прочное,
устойчивое к длительно-
му воздействию воды
пресной и морской, к
солнечным лучам, 3 слоя
по 10 – 20 мкм
4/1, 4/2 Красно-
коричне-
вый, для
кораблей
Эмаль
ВЛ-725
ТУ 6-10-
866-75
11, 111, 1У -60 + 250 Механически прочное,
твердое, устойчивое к
постоянному воздейст-
вию масел, бензина и
6/1, 6/2,
У1, Т2,
8/2500
С
Сереб-
ристый

226
крытий
Темпера-
турный
диапазон
покры-
тий
Цвет
нефти, 1 слой по 10 – 20
мкм
Грунтовка
ВЛ-08
ГОСТ
12707-77
-60 + 180 Прочное, твердое, для
временного транспорти-
рования и хранения изде-
лий, 2 слоя по 10 – 15
мкм
ХЛ;,
УХЛ4,
У4
Защит-
ный
Суспензия
Ф-2МСД
ТУ 6-05-
041-645-77
У, У1, У11 -70 + 150 Полуглянцевое, механи-
чески прочное, радиа-
ционостойкое, устойчиво
к постоянному воздейст-
вию агрессивных жидко-
стей, 3 слоя по 20 – 25
мкм
5, 7/1,
Т2, У1
Корич-
невый
ПРИЛОЖЕНИЕ К
Основные производители и поставщики металлов Сибирского региона
Наименование Адрес Вид основной про-
дукции
Телефоны,
E-mail
АБАКАНВАГОНМАШ 662600. Республи-
ка Хакасия, г.
Абакан, а/я 176
Вагоны магист-
ральные, контейне-
ры, части к под-
вижному составу
66022
65286
66419
Абаканский сталели-
тейный завод
662600. Республи-
Абакан, промпло-
щадка Абаканва-
гонмаша
Литейное произ-
водство
922026
Западно-Сибирский
металлургический
комбинат
654043. Кемеров-
ская область, г.
Новокузнецк
Сталь, чугун, про-
кат, проволока
(3843) 597000
Красноярский метал-
лургический завод
660050. г. Красно-
ярск, ул. Кутузова,
1
Металлургическое
производство
288173
Новосибирский метал-
лургический завод
630032. г. Новоси-
бирск, ул. Стан-
ционная, 28
Трубы стальные и
чугунные, прокат,
ленты
(3832) 413614
Норильский горно-
металлургический
комбинат
663300. Краснояр-
ский край, г. Но-
рильск, пл. Заве-
нягина,2
Металлургия (3919) 662945

227
Наименование Адрес Вид основной про-
дукции
Телефоны,
E-mail
Тальменский завод по-
рошковой металлургии
658800. Алтай-
ский край, Таль-
менский район, п.
Тальменка, ул.
Мехзаводская, 231
Металлоизделия из
порошков
22532
22801
Топкинский завод
электросварных труб
Топки, промпло-
щадка
Трубы (38454) 22926
Алзамайский ремонт-
но-механический завод
665080. Иркутская
область, г. Алза-
май, ул. Перво-
майская, 1
Продукция произ-
водственно-
технического на-
значения
61407
61303
Барнаульский завод
алюминиевого литья
656023. г. Барна-
ул, ул. Космонав-
тов, 8
(3852) 776908
Беловский цинковый
завод
Белово, ул. Куз-
басская, 37
200065
21637
Енисейский ремонтно-
механический завод
663130. Краснояр-
ский край, г. Ени-
сейск, ул. Ленина,
104
Запчасти и обору-
дование для авто-
мобилей и тракто-
ров, лесная техника
22727
22356
Красноярский алюми-
ниевый завод
660111. г. Красно-
ярск
Производство
алюминия и спла-
вов
(3912) 563710
Красноярский химико-
металлургический за-
вод
660079. г. Красно-
ярск, ул. Матросо-
ва, 30
288149
Новосибирский оло-
вянный комбинат
630033. г. Новоси-
бирск, ул. Мира,
82
Сплавы олова (3832) 474492
Туимский завод по об-
работке цветных ме-
таллов
ка Хакасия, п. Ту-
им
Прокат латунный и
медный, провод
(39178) 92857
Черногорский ремонт-
но-механический завод
Черногорск, ул.
Советская, 26
Литье чугунное и
стальное
221923
Норильский никель
Представительство
103030. г. Москва,
пер. Институт-
ский, 16
Продажа цветных
металлов
(095) 9213062
Красноярский завод
комбайнов
660049. г. Красно-
ярск, ул. Проф-
союзов,3
Производство ком-
байнов и запчастей
к ним
(3912) 210501
sale@kzk.krasnjyrsk.su

228
Виктор Николаевич Коршун
РОТОРНЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ
ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН:
КОНЦЕПЦИЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Монография
Науч. редактор проф. В.Ф. Полетайкин
Редактор РИО С.К. Патюкова
Техн. редактор Т.П. Попова
Подписано в в печать Сдано в производство
Формат 60х84 1/16 Бумага типографская Печать офсетная
Усл. печ. л. 14,25 Тираж 125 экз. Изд. № 203
Зак. № Лицензия ИД. № 06543. 16.01.02 г.
Редакционно-издательский отдел, типография СибГТУ
660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82

827.роторные рабочие органы лесохозяйственных концепция конструирования монография

More Related Content

Similar to 827.роторные рабочие органы лесохозяйственных концепция конструирования монография (10)

More from ivanov1566334322 (20)

827.роторные рабочие органы лесохозяйственных концепция конструирования монография